宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十(shí)年当中进行了(le)超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的(de)有(yǒu)效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的(de)规(guī)律。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当天文学(xué)家们发(fā)现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符(fú)合万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且(qiě)发现了(le)海(hǎi)王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的(de)例子。但(dàn)是(shì)这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的(de)尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨(cí)兹威基(jī)正在研究和测(cè)量(liàng)后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成的(de)巨(jù)大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确(què)定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度(dù)学(xué)的质量"，需(xū)要的(de)数据(jù)是测量(liàng)各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对(duì)于(yú)星系(xì)团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质(zhì)量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星系(xì)的(de)速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法将它们(men)束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝(jué)大部(bù)分(fēn)的(de)质量。只是当(dāng)时的人们对这样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远的(de)恒星在其轨道上的(de)运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大(dà)的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学家们(men)会使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的(de)存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异(yì)常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测量(liàng)了(le)距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于理论(lùn)速度(dù)，那(nà)么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在(zài)着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系聚集在(zài)了(le)一起。

也是从(cóng)这(zhè)时(shí)开始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这(zhè)个(gè)现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是(shì)星系当中存在(zài)的(de)恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，该(gāi)星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家们(men)使用最(zuì)先进(jìn)的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个(gè)小时(shí)的详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可(kě)以用正常的物质和力(lì)学(xué)定(dìng)律来解释的。那(nà)么又有(yǒu中国有多少个在职少将，中国现有多少在职上将)人提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个(gè)大星系剥(bō)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(le)暗物质的(de)假说之(zhī)外(wài)，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺度中的(de)天体会沿着它们(men)的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互(hù)作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的(de)是(shì)在数百万(wàn)光年(nián)的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的(de)其他(tā)的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大部分(fēn)的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气(qì)体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它(tā)的质量区域到(dào)底是不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很(hěn)多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问题，而(ér)是这(zhè)样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远(yuǎn)星系的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现它(tā)的大(dà)质量区(qū)域(yù)并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的(de)引力透镜(jìng)研究(jiū)也被认(rèn)为(wèi)是暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的迄(qì)今为(wèi)止最(zuì)好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各(gè)相同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色(sè)的(de)部(bù)分表(biǎo)示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温(wēn)差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇中国有多少个在职少将，中国现有多少在职上将宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的(de)理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地(dì)解释了很(hěn)多(duō)不同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不参与任何(hé)其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到(dào)这(zhè)种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们(men)发现了(le)一个有趣的事情(qíng)。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低(dī)，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家认为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质(zhì)的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移(yí)动，那(nà)么如(rú)果暗物(wù)质存(cún)在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致(zhì)的，而(ér)另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测(cè)到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信号(hào)的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的(de)数量(liàng)也(yě)符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立(lì)了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的(de)季节(jié)与之(zhī)前的(de)实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物(wù)质流的运(yùn)动(dòng)特(tè)征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存(cún)在的(de)非常(cháng)有力的(de)证据(jù)了(le)。但是(shì)由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽(kuān)视场(chǎng)仪(yí)器提供(gōng)的视(shì)野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背(bèi)后(hòu)的(de)奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结(jié)果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说(shuō)是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得(dé)到进一步(bù)的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某(mǒu)个角落的(de)行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力(lì)！

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