宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学(xué)数学(xué)原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当(dāng)天文学家(jiā)们发(fā)现某些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会(huì)知(zhī)道(dào)，周围一定(dìng)有(yǒu)未(wèi)知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存(cún)在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是(shì)这些发(fā)现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们(men)上升(shēng)到星(xīng)系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数(shù)据是测量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动力学(xué)质量的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移(yí)测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的(de)运动(dòng)速(sù)度。当测量(liàng)结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质(zhì)量”竟然是(shì)“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的(de)是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快(kuài)得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛顿的(de)运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的(de)质量(liàng)所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星(xīng)系团之外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基(jī)提出(chū)了这样部分不可(kě)见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对(duì)这样(yàng)的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速(sù)度(dù)就会越慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果没(méi)有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测(cè)量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)不朽的意思定律进行计算，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速(sù)度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着(zhe)一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来(lái)越多的(de)研究人员(yuán)开始不朽的意思相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研(yán)究当(dāng)中，科学(xué)家(jiā)们发(fā)现，几乎没(méi)有(yǒu)引(yǐn)力效应(yīng)的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存(cún)在的(de)恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学(xué)家们(men)使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质(zhì)和(hé)力学定律来解释的。那(nà)么(me)又有人提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星(xīng)系存(cún)在。造(zào)成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力(lì)的理解还不(bù)够全面，引力(lì)很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间中的(de)工(gōng)作方式是(shì)不同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿(yán)着它们的(de)轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不(bù)同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨(jù)大的(de)质量(liàng)之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德理论(lùn)所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样(yàng)的(de)星团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候(hòu)，星际气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太(tài)空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们可(kě)以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系(xì)本身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥远的天体和我们(men)地球上的观测者之间。被(bèi)一(yī)个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体可(kě)能(néng)是超大质(zhì)量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观(guān)测(cè)的时候，发(fā)现它(tā)的大质量区域(yù)并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方法就(jiù)是当星(xīng)团(tuán)发(fā)生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观测(cè)到的(de)质量气(qì)体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗(àn)物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最古(gǔ)老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景(jǐng)上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温(wēn)度较高的区域，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。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景背景分离后的二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物质(zhì)的增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减小，才(cái)变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射(shè)的测(cè)量值，我们需要的(de)暗物质大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质比例(lì)是一致(zhì)的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多(duō)不(bù)同的观测结果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不(bù)参(cān)与(yǔ)任何(hé)其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到(dào)了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒(lì)子(zi)到(dào)底是什么(me)？科学家们已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而(ér)要寻(xún)找这些不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的(de)探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子(zi)的(de)周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了(le)一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样(yàng)的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是(shì)一致的，而(ér)另(lìng)外半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研(yán)究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也(yě)符(fú)合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前(qián)还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的(de)奥(ào)秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目(mù)以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这(zhè)样的效应创(chuàng)造生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这些推(tuī)论的(de)大(dà)前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存(cún)在(zài)的(de)实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新(xīn)的动力！

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