宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物(wù)质存(cún)在的证据，科(kē)学家们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天(tiān)文学家们(men)发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星的发(fā)现都是应(yīng)用万有引力定律所取(qǔ)得重大(dà)天(tiān)文(wén)成就(jiù)的例(lì)子(zi)。但是这些发(fā)现(xiàn)都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团的(de)质量。这是一(yī)个(gè)由(yóu)数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨(jù)大(dà)星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会(huì)使用到(dào)两种方法(fǎ)，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度(dù)的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上(shàng)要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠(kào)这些可(kě)见(jiàn)星系(xì)的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来(lái)源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对(duì)这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在(zài)观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距(jù)离(lí)中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的(de)增(zēng)加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的(de)方法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异(yì)常(cháng)的结果，就认为是(shì)由暗(àn)物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过(guò)射电(diàn)望远镜测(cè)量了距(jù)离星系中心(xīn)更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也(yě)不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的(de)运(yùn)行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实(shí)际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速(sù)度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质的(de)引力效(xiào)应将星系聚集在(zài)了(le)一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质的质量(liàng)占(zhàn)整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释(shì)这个(gè)现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速(sù)度上的(de)微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学(xué)家(jiā)还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星(xīng)系中的(de)恒星(xīng)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(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个(gè)大星(xīng)系(xì)剥离了(le)。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没(méi一氧化碳密度比空气大还是小 一氧化碳密度小于空气吗)有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意(yì)味(wèi)着在行(xíng)星系(xì)尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着(zhe)它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系(xì)和(hé)星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的(de)相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是(shì)在数百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在(zài)的(de)物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发(fā)现也(yě)让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样(yàng)的(de)星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度的(de)急剧(jù)升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来(lái)验证它的(de)质量(liàng)区域到底是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中(zhōng)我们可以明显地看(kàn)到(dào)很(hěn)多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其(qí)实这(zhè)些星(xīng)系本(běn)身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的观(guān)测(cè)者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西的(de)引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在(zài)中间，而是(shì)在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质量气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通过了(le)这个区(qū)域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对(duì)子(zi)弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中(zhōng)红色(sè)的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际(jì)上它(tā)们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前(qián)景背(bèi)景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提(tí)取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测量值，我们(men)需(xū)要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了(le)一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电(diàn)磁作(zuò)用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的(de)存(cún)在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出了(le)数十(shí)种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去(qù)的几十(shí)年当中，人类为了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互(hù)作用的(de)“暗物(wù)质”，科(kē)学家们(men)已经进行了(le)超过(guò)50次(cì)的实验，却没(méi)有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样(yàng)。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质的(de)第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为(wèi)什么(me)暗物(wù)质(zhì)会产生周期性的(de)年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外(wài)半(bàn)年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际(jì)的(de)情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平(píng)面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测(cè)到(dào)的周期(qī)性信号。当(dāng)然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家(jiā)们又在(zài)南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(一氧化碳密度比空气大还是小 一氧化碳密度小于空气吗gēn)哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的(de)视野(yě)是(shì)哈(hā)勃红外(wài)仪(yí)器(qì)的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼(màn)太(tài)空望远镜其(qí)中一个关(guān)键(jiàn)的用途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它(tā)们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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