宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的(de)？为(wèi)何会存在科学无法解释(shì)的(de)“暗(àn)物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了(le)宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们(men)发(fā)现某些(xiē)天(tiān)体运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符(fú)合(hé)万有引力(lì)定律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的(de)天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大(dà)天(tiān)文成就的(de)例子。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理(lǐ)学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这(zhè)是(shì)一(yī)个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学(xué)的(de)质量"，需(xū)要的数据是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量(liàng)消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存(cún)在(zài)，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于(yú)某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加(jiā)，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大(dà)的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标(biāo)准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系(xì)当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律(lǜ)。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速(sù)度的原因很(hěn)可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算在星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发(fā)现了(le)一(yī)个反(fǎn)常(cháng)的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但(dàn)是星系(xì)当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系(xì)必须存(cún)在暗(àn)物(wù)质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们使用最先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发(fā)现星(xīng)系中的(de)恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解(jiě)释(shì)的(de)。那么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有任何(hé)星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度(dù)空间中的(de)工作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着(zhe)在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会(huì)沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是(shì)上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生(shēng)对(duì)彼此特(tè)殊(shū)的效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着(zhe)我们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物(wù)质存(cún)在的其他的理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据(jù)是(shì)蒙德(dé)理论(lùn)所没法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星(xīng)团，它们大部(bù)分的(de)普通质量(liàng)都在(zài)星系的(de)气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于(yú)所有这些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我(wǒ)们(men)通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的(de)大质量区(qū)域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测(cè)到的(de)质量气(qì)体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则(zé)直接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了(le)引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部(bù)分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通(tōng)过(guò)对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进行连(lián)通域提取和(hé)标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质(zhì)比例是(shì)一致(zhì)的。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释了很多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找(zhǎo)到这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)的(de)存在(zài)，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们(men)已经提(tí)出了数(shù)十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不(bù)同的(de)目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实(shí)验方式也不(bù)相(xiāng)同。在(zài)过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨(sà)索山(shān)，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地(dì)学(xué)实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的(de)探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了(le)某种信号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们(men)发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会(huì)在每(měi)年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都(dōu)是一(yī)样。一(yī)些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的(de)年度信号(hào)呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产(chǎn每天男生会拉我到没人的位置，对象一到没人的地方就抱我)生相(xiāng)应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是(shì)一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球(qiú)与太(tài)阳(yáng)的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的(de)情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信号(hào)的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立(lì)了一(yī)个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季节(jié)与之前的(de)实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿(chuān)过暗(àn)物质流(liú)的运(yùn)动(dòng)特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以每天男生会拉我到没人的位置，对象一到没人的地方就抱我成(chéng)为暗(àn)物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建(jiàn)成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化(huà)的一(yī)个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的(de)效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提是(shì)要先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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