宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的(de)长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天(tiān)文学家们发(fā)现某些天(tiān)体运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系(xì)团的质(zhì)量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学(xué)质(zhì)量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度(dù)。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是(shì)“光度(dù)学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们(men)无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在骨架大的男生一般都很高吗，为什么身高越高性功能越差测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理论上(shàng)要快得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力(lì)是无(wú)法将它们(men)束缚(fù)在(zài)星系团内的，它(tā)们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部(bù)分不可(kě)见的暗质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据(jù)牛(niú)顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗(àn)物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速度(dù)的原因很可能就(jiù)是(shì)存在(zài)着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会(huì)出(chū)现速度上的微小差(chà)异(yì)。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系(xì)当中存(cún)在的恒星(xīng)数(shù)量却只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一(yī)个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近(jìn)没有任何(hé)星系存(cún)在(zài)。造(zào)成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人(rén)类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作方(fāng)式是(shì)不同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系(xì)尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星团的尺度(dù)，引力之间的(de)相互(hù)作用则是不同(tóng)的方式。对(duì)于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的(de)规模上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成(chéng)立，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们需要对(duì)现(xiàn)在的(de)物理(lǐ)定律(lǜ)进(jìn)行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也(yě)让很(hěn)多人认(rèn)为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗(àn)物质存在的(de)其他的(de)理论(lùn)证据(jù)，这些(xiē骨架大的男生一般都很高吗，为什么身高越高性功能越差)理论证据是蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互(hù)作用就(jiù)会(huì)导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部(bù)分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的(de)中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的(de)质(zhì)量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一(yī)张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样(yàng)极(jí)遥远(yuǎn)的天(tiān)体和(hé)我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子(zi)弹(dàn)星系团观测的时候，发(fā)现它的(de)大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被(bèi)观测到的质量气体被(bèi)卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过了这个(gè)区(qū)域(yù)，并在两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存(cún)在(zài)的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上(shàng)它们(men)之间的温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前(qián)景(jǐng)背景分离后(hòu)的(de)二值图(tú)像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架(jià)，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质(zhì)的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学(xué)家们(men)已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相(xiāng)互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的(de)实验，却没有任何(hé)实(shí)质性的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据(jù)收集，人们发现了(le)一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的(de)速度在(zài)穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的(de)振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份(fèn)的(de)时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个(gè)理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究(jiū)人(rén)员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的数量(liàng)也(yě)符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家(jiā)们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里的季(jì)节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一(yī)台(tái)新的(de)望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽(kuān)视场(chǎng)仪(yí)器提供的(de)视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会(huì)支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一(yī)理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的(de)效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物(wù)质(zhì)到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的支(zhī)持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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