宇宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会(huì)存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人(rén)类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的长期实(shí)验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的(de)有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学(xué)数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发(fā)现某些天体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的(de)时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海(hǎi)王星的(de)存(cún)在。另外，哈(hā)雷大清道光元年是哪一年，道光元年是哪一年到哪一年彗(huì)星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成(chéng)就(jiù)的例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的(de)尺度当中，可当我们(men)上升到星(xīng)系(xì)或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的(de)物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在(zài)研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系(xì)团的质量一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确(què)定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计(jì)算，是利(lì)用(yòng)光谱红(hóng)移(yí)测量星系团中的(de)各个(gè)星系相对于星系团的(de)运动速度(dù)。当(dāng)测量结(jié)果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们(men)无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在(zài)测(cè)量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很(hěn)多星系(xì)的(de)速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多(duō)，按(àn)照牛顿的(de)运(yùn)动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的(de)引力是无法将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内(nèi)的(de)，它(tā)们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出(chū)了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人(rén)们(men)对这样(yàng)的一(yī)种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在大清道光元年是哪一年，道光元年是哪一年到哪一年其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人(rén)感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的(de)方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系(xì)当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的(de)结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银(yín)河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在(zài)着一种我们看不到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算(suàn)在(zài)星系当中暗物质的质量(liàng)占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一(yī)项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还(hái)发现了一(yī)个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距(jù)离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是(shì)星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量却只有(yǒu)银河系(xì)的千(qiān)分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系(xì)必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星运(yùn)动是(shì)可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是(shì)不同的(de)，这(zhè)意(yì)味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗(àn)物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关(guān)于暗物质(zhì)存在(zài)的其他的理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹(dàn)星系(xì)团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星(xīng)系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量(liàng)都在星系的(de)气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团大部分的质量(liàng)将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的(de)中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照(zh大清道光元年是哪一年，道光元年是哪一年到哪一年ào)片中我们可以明显地看到很多星系(xì)似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变(biàn)。其实(shí)这些(xiē)星系本身(shēn)并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地球上的(de)观测(cè)者(zhě)之间(jiān)。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时(shí)候，发现它(tā)的(de)大(dà)质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上(shàng)留下(xià)了各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示(shì)温(wēn)度(dù)较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分离(lí)后的(de)二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波(bō)背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的(de)暗(àn)物质比例(lì)是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同(tóng)的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的(de)粒(lì)子，它们(men)不参与任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒子所需要(yào)的实验(yàn)方式也(yě)不(bù)相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大的地学(xué)实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测(cè)到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人们发现了(le)一个有趣的事(shì)情。探测率会在每(měi)年的(de)6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年(nián)都是一(yī)样。一些科学家认为这可能(néng)是(shì)人类发现暗物质(zhì)的(de)第(dì)一个(gè)直接证据(jù)。

但(dàn)是(shì)为(wèi)什(shén)么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一(yī)致(zhì)的(de)，而(ér)另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影(yǐng)响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也(yě)可能是(shì)温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们(men)又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特(tè)征和(hé)第(dì)一个(gè)实验室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同的(de)信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质所存(cún)在的非常有力的证据(jù)了。但(dàn)是由于(yú)这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台(tái)新(xīn)的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用(yòng)途(tú)就(jiù)是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭(shì)目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的(de)诞生，或(huò)者说(shuō)是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人(rén)类(lèi)并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存不(bù)存(cún)在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我更新(xīn)的(de)动力！

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