宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十(shí)年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期(qī)实验(yàn)，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何(hé)的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当(dāng)天文(wén)学(xué)家们发(fā)现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们(men)就会知(zhī)道(dào)，周(zhōu)围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是在(zài)恒(héng)星(xīng)系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者(zhě)是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测(cè)量(liàng)后发星系团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数(shù)千个星系所组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一般会使(shǐ)用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测(cè)量速度(dù)的过(guò)程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系(xì)的速(sù)度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可(kě)见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力(lì)量在起作用，这(zhè)种力(lì)量来(lái)源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对这样的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词(cí)才(cái)再一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗(àn)物(wù)质的(de)存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更(gèng)远距离的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力学(xué)定(dìng)律。我们的(de)太阳系也(yě)不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是160千踢足球可以长高个子吗，为什么踢足球的个子矮米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系(xì)旋转踢足球可以长高个子吗，为什么踢足球的个子矮(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大于(yú)理论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能就是存(cún)在着一种我们看不(bù)到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的(de)研(yán)究人员开(kāi)始相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异(yì)。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒(héng)星(xīng)数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系(xì)的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进(jìn)的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力(lì)学定律来解释的(de)。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一(yī)种可能就是人类(lèi)对引力的(de)理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度(dù)空(kōng)间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道(dào)，按照(zhào)我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于(yú)在星系(xì)团之(zhī)间(jiān)的相互(hù)作用，科(kē)学家还引入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的(de)是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发(fā)现也让(ràng)很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其他(tā)的(de)理论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用(yòng)就会导致温度的(de)急剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大部(bù)分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所在的(de)中间(jiān)区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们(men)可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一(yī)个(gè)质(zhì)量超级巨(jù)大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东西(xī)的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就(jiù)是引力(lì)透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们(men)对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年(nián)之后，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了各相同(tóng)性的(de)微波(bō)辐射。其中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们(men)通(tōng)过对前(qián)景(jǐng)背(bèi)景(jǐng)分离后的(de)二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的测(cè)量值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需(xū)要(yào)的暗(àn)物质(zhì)比(bǐ)例是(shì)一致的(de)。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了(le)一(yī)个(gè)简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其(qí)他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什么？科学(xué)家们已经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所需(xū)要(yào)的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不(bù)到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地学实验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的(de)探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称(chēng)观测到了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的(de)数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测(cè)率(lǜ)会(huì)在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一(yī)些科学(xué)家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际踢足球可以长高个子吗，为什么踢足球的个子矮(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的(de)情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利(lì)游(yóu)客(kè)的数量也(yě)符合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又(yòu)在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季(jì)节(jié)与之前的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物质(zhì)流的运(yùn)动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到相同(tóng)的(de)信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有力的证据(jù)了。但是(shì)由(yóu)于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还无(wú)法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗(àn)物(wù)质(zhì)背后的奥秘(mì)，对(duì)于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待了(le)。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会(huì)支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的一个(gè)重(zhòng)要因(yīn)素。

如(rú)果这(zhè)一理论(lùn)得到进(jìn)一步(bù)的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的(de)暗物质(zhì)会不会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在(zài)的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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