宇宙是(shì)“人(rén)为(wèi)制造(zào)”的？为(wèi)何会存(cún)在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人类(lèi)为了(le)寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的(de)长期实验，但是却没(méi)有发现任何(hé)的有效证据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出(chū)现异常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒星(xīng)系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星(xīng)系或(huò)者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团(tuán)的(de)质量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一般(bān)会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学(xué)质(zhì)量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的(de)质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很(hěn)多星系的(de)速度比(bǐ)理论上(shàng)要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可见星(xīng)系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力(lì)量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中(zhōng)心越远(yuǎn)的(de)恒星在其(qí)轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结(jié)果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几乎(hū)保持不(bù)变(biàn)。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物质的力(lì)量进(jìn)入(rù)其中(zhōng)。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的(de)氢(qīng)元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不(bù)符合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第(dì)三悬(xuán)臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际(jì)速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理论(lùn)速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就(jiù)是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力效应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的(de)研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在(zài)。科(kē)学(xué)家根(gēn)据星系外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算在(zài)星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系(xì)质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质并不(bù)是(shì)唯一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的(de)研(yán)究(jiū)当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速(sù)度上的微(wēi)小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发现了(le)一个(gè)反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗(一里地等于多少米，一里地等于多少米千米àn)物质，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详(xiáng)细(xì)测(cè)量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用(yòng)正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它(tā)的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的(de)理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺(chǐ)度(dù)空间中(zhōng)的(de)工作方式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度(dù)中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是(shì)上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则(zé)是不(bù)同的(de)方式。对于在星(xīng)系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入(rù)了外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立(lì)，这意(yì)味着(zhe)我们(men)需(xū)要对(duì)现在(zài)的(de)物理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也(yě)让很多人认为暗(àn)物(wù)质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以100一里地等于多少米，一里地等于多少米千米0万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的(de)相互作用就会导致温度的(de)急(jí)剧(jù)升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是(shì)不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球(qiú)上的观测者(zhě)之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的(de)光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的(de)时候，发现(xiàn)它的(de)大(dà)质量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的(de)质(zhì)量(liàng)气(qì)体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留下(xià)了各相同性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高(gāo)的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们(men)之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前(qián)景(jǐng)背景分离后的(de)二值图(tú)像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和(hé)标记(jì)之后(hòu)发(fā)现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物(wù)质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地(dì)解(jiě)释了很多不(bù)同(tóng)的观测结果。而(ér)暗(àn)物质的(de)本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它(tā)们不参与任何其他的(de)电磁(cí)作(zuò)用，只通(tōng)过(guò)引力(lì)来(lái)相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了(le)数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻(xún)找这些不同的目(mù)标粒子所需(xū)要的实验方式(shì)也(yě)不相(xiāng)同(tóng)。在过去(qù)的(de)几十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数据收(shōu)集(jí)，人们发(fā)现(xiàn)了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到(dào)最低，而(ér)且(qiě)在20年(nián)当中每年(nián)都(dōu)是一样。一(yī)些科(kē)学家认为这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么(me)暗物(wù)质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的(de)速度围绕着银河(hé)系进行移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们(men)也在以这样(yàng)的速(sù)度(dù)在(zài)穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一(yī)致的，而另(lìng)外(wài)半(bàn)年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不(bù)影响这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家认(rèn)为这(zhè)可以用来(lái)解释，研究(j一里地等于多少米，一里地等于多少米千米iū)人(rén)员们(men)所观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种年(nián)度周期(qī)信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质(zhì)所存在的(de)非常有(yǒu)力的证据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提(tí)供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天(tiān)体物(wù)理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化(huà)的(de)一(yī)个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到(dào)暗物质(zhì)存在(zài)的实(shí)际(jì)证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的(de)动力！

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