宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么(me)？人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验，但是(shì)却没(méi)有发现任(rèn)何的(de)有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例(lì)子(zi)。但(dàn)是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质量一般会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星(xīng)系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学(xué)质量(liàng)”竟然是(shì)“光(guāng)适合和合适的区别爱情，适合和合适的区别是什么度(dù)学质量”的(de)400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速(sù)度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提(tí)出了(le)这(zhè)样部分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才(cái)再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如(rú)果没有足够大(dà)的质量(liàng)来(lái)吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对(duì)标(biāo)准的方法来解释(shì)暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们(men)的(de)太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳(yáng)系位于银(yín)河系(xì)的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系(xì)旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速(sù)度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的(de)原因(yīn)很可能就是(shì)存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来(lái)越(yuè)多(duō)的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的(de)原(yuán)因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也(yě)会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学(xué)家(jiā)还(hái)发现了(le)一个(gè)反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒星数(shù)量(liàng)却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的(de)详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那(nà)么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附(fù)近的另(lìng)一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些现象的除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另一种可能(néng)就是人类对引力的理(lǐ)解还不(bù)够全(quán)面，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在(zài)行星(xīng)系尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的相互(hù)作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年的(de)规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们(men)需要对现(xiàn)在的物(wù)理定(dìng)律(lǜ)进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物(wù)质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的(de)子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体(tǐ)的相互作(zuò)用就会(huì)导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速(sù)度(dù)大幅降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那(nà)么我们(men)通(tōng)过(guò)什(shén)么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们(men)地球(qiú)上的(de)观测(cè)者之间。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域并(bìng)不是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的(de)解(jiě)释方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气(qì)体被卡(kǎ)在了(le)中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域(yù)，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的(de)迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自(zì)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波(bō)辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离(lí)后的二值(zhí)图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的(de)增加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测量(liàng)值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的(de)理论框架(jià)，就很好地解释了(le)很(hěn)多(duō)不(bù)同的观测结(jié)果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的(de)粒子(zi)，它们(men)不参(cān)与任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如(rú)果能(néng)够找(zhǎo)到这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么？科学(xué)家(jiā)们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒(lì)子所需要的(de)实验方(fāng)式也(yě)不相同。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与(yǔ)常规(guī)物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了(le)一适合和合适的区别爱情，适合和合适的区别是什么个地方，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球(qiú)上最(zuì)大(dà)的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观(guān)测到(dào)了(le)某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集(jí)，人们发现了(le)一个有趣(qù)的事(shì)情。探测(cè)率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可(kě)能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性的年(nián)度(dù)信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的(de)方向是一致的(de)，而(ér)另外半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的(de)时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快(kuài)的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性(xìng)信号(hào)。当然也可能(néng)有(yǒu)其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号的差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的实(shí)验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流(liú)的运动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常有力的证据了(le)。但是(shì)由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体物(wù)理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的(de)一个重要因(yīn)素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会(huì)意味着人类并(bìng)不(bù)孤(gū)单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的(de)行星上，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样的(de)效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论的(de)大前(qián)提是要先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力！

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