宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是(shì)什么(me)？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们(men)在(zài)过去的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学数(shù)学原(yuán)理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规(guī)律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符合(hé)万有引力(lì)定律的时(shí)候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的(de)巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)一(yī)般(bān)会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的(de)光度。

第二(èr)种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系(xì)团(tuán)中的各个星系相对于星系(xì)团的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的速(sù)度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产(chǎn)生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系(xì)团之(zhī)外了(le)，除(chú)非有一种神秘的力量(liàng)在(zài)起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它(tā)不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在(zài)观(guān)测仙女座(zuò)星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距(jù)离(lí)中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如果没有足(zú)够大的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些(xiē)外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使用一(yī)种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的(de)存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距(jù)离(lí)，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的(de)旋(xuán)转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的(de)力量(liàng)进(jìn)入(rù)其中(zhōng)。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距(jù)离(lí)银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么(me)产(chǎn)生(shēng)以上这(zhè)种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可(kě)能(néng)就是存(cún)在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算(suàn)在(zài)星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研(yán)究当中，科学家们(men)发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系(xì)的(de)千(qiān)分(fēn)之(zhī)一(yī)。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个(gè)小(xiǎo)时的(de)详细测量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附近的(de)另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系(xì)存(cún)在。造成(chéng)这些现象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可能就是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在(zài)行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们(men)所理解(jiě)的(de)方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用则是(shì)不同的(de)方式(shì)。对于在星(xīng)系团(tuán)之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了(le)外部(bù)场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质(zhì)量(liàng)之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对(duì)现在(zài)的(de)物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多(duō)人(rén)认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物质(zhì)存在的其他的(de)理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量(liàng)将位于(yú)所有(yǒu)这些(xiē)气体所在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中(zhōng)在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第一(yī)张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥(yáo)远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球(qiú)上的(de)观测者之(zhī)间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系(xì)的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)观测的时(shí)候，发(fā)现它(tā)的大质量(liàng)区域(yù)并不是在(zài)中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的解释(shì)方法就(jiù)是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的(de)质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接通(tōng)过(guò)了(le)这个(gè)区(qū)域，并(bìng)在两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离后的(de)二值图(tú)像进行连通域提取和(hé)标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这(zhè)样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物(wù)质大约是普(pǔ)通(tōng)物(wù)质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运(yùn)动所需(xū)要(yào)的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒(lì)子，它(tā)们不(bù)参与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了(le)数十种的(de)假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些(xiē)不(bù)同的目标粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十年(nián)当中，人类(lèi)为了(le)寻找这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学(xué)实验(yàn)室，这(zhè)个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每(měi)年的(de)6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都(dōu)是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类(lèi)发现暗物(wù)质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋(xuá中原地区种植葡萄始于哪个朝代 秦朝的时候有葡萄吗n)转。所以有半年的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的(de)方向正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最(zuì)快的(de)时(shí)段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能(néng)有(yǒu)其(qí)他的情(qíng)况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异也可能是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上(shàng)的(de)积(jī)雪(xuě)，甚至连(lián)意(yì)大利游客的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一(yī)样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据(jù)了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提(tí)供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场仪器提(tí)供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的(de)用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和(hé)贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或(huò)者(zhě)说(shuō)是(shì)生(shēng)命进化的(de)一个重要(yào)因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步(bù)的证实(shí)，那(nà)么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人类并(bìng)不(bù)孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力！

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