宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科(kē)学无(wú)法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是(shì)什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的(de)几十年当中进行了(le)超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任(rèn)何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的(de)几百年来，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律的(de)时候，他们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海(hǎi)王(wáng)星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万(wàn)有引力(lì)定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者是星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这(zhè)是(shì)一个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组(zǔ)成的(de)巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被(bèi)引力(lì)束缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是(shì)获得(dé)其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计(jì)算(suàn)，是利用光(guāng)谱红(hóng)移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的(de)运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基(jī)发现星系(xì)团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见(jiàn)星系(xì)的(de)质(zhì)量所产生(shēng)的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团(tuán)之(zhī)外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离(lí)中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他们(men)观测的结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思(sī)议(yì)。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎(hū)保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够(gòu)大的质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们(men)会(huì)使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物质(zhì)的(de)存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测(cè)量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速(sù)度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但(dàn)实(shí)际(jì)上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星(xīng)系当中暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一项新的(de)研(yán)究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学(xué)家们(men)发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度(dù)上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会(huì)分崩(bēng)离(lí)析(xī)。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)时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那么(me)又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近(jìn)没(méi)有任(rèn)何(hé)星(xīng)系存在。造成这(zhè)些(xiē)现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人类对(duì)引(yǐn)力(lì)的(de)理解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的(de)工作(zuò)方式(shì)是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解(jiě)的(de)方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的(de)方式。对(duì)于在星系团之间的(de)相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成(chéng)立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这(zhè)些发现(xiàn)也(yě)让(ràng)很多人认为暗(àn)物(wù)质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的其(qí)他(tā)的(de)理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据(jù)是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的气(qì)体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)就(jiù)会(huì)导致温度(dù)的急(jí)剧升高(gāo)，速度(dù)大幅(fú)降低(dī)。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的(de)质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们(men)通过(guò)什么来验(yàn)证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看到很多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并(bìng)不是真(zhēn)的(de)被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的(de)引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质(zhì)则(zé)直接通过(guò)了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过(guò)了(le)130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各(gè)相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就意(yì)味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物(wù)质存在(zài)的(de)实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数十(shí)种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年(nián)当中，人(rén)类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不(bù)会与常规物(wù)质相互作用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经(jīng)进行了超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学实验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高(gāo)的探测(cè)器(qì)，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)粒(lì)子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家声(shēng)称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月(yuè)降到最低(dī)，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都是(shì)一(yī)样(yàng)。一(yī)些(xiē)科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可(kě)能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质(zhì)会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银河(hé)系进行移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)也(yě)在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数量也符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们(men)又在(zài)南半球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了(le)。费米实(shí)验室粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极有(yǒu)可(kě)能拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当(dāng)中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类并(bìng)不(bù)孤(gū)单(dān)呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗物质正在通(tōng)过这(zhè)样的效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是(shì)要先找到暗物质存(cún)在的(de)实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的(de)动力！

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