宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是(shì)什么(me)？人类为了(le)寻找暗物质(zhì)存(cún)在的证据，科(kē)学家们(men)在过去的(de)几十年当中进行了超过(guò)50次的(de)长期实(shí)验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的(de)自然(rán)哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文(wén)学家们发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一(yī)定有未知的(de)天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用(yòng)万有引力定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系(xì)统的(de)尺度当中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系(xì)或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量后发星系团(tuán)的(de)质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团的质量一(yī)般会使用到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其(qí)质(zhì)量(liàng)的(de)范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的(de)数据是(shì)测(cè)量各(gè)个星系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移(yí)测量星系团中的各(gè)个星系相对(duì)于星系(xì)团的运动(dòng)速(sù)度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后(hòu)发(fā)座(zuò)星系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了(le)，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测(cè)量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威(wēi)基发(fā)现星系团中(zhōng)很(hěn)多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的(de)质量(liàng)。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们(men)观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒(héng)星早(zǎo)就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学家们(men)会使用一(yī)种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法就是(shì)测(cè)量星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)的(de)距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了(le)距(jù)离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不(bù)符(fú)合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物质的(de)引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时(shí)开始，越(yuè)来越多(duō)的(de)研(yán)究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯(wéi)一可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研(yán)究(jiū)当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速(sù)度上的微小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不(bù)多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜对其进(jìn)行了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)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(me)又(yòu)有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何星系存(cún)在。造(zào)成这(zhè)些现象的(de)除了暗物(wù)质(zhì)的假说之(zhī)外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人(rén)类对(duì)引(yǐn)力(lì)的(de)理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是(shì)上升(shēng)到星(xīng)系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之(zhī)间的(de)相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现(xiàn)在的(de)物(wù)理定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这(zhè)样(yàng)的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普通(tōng)质量(liàng)都(dōu)在星(xīng)系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体的(de)相(xiāng)互(hù)作(zuò)用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们(men)通过(guò)什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯(bó)望(wàng)远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会(huì)使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团(tuán)观测的时候，发现它(tā)的大(dà)质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了(le)中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了(le)这个区(qū)域，并在两(liǎng)边(biān)形成了(le)引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今(jīn)为止最(zuì)好的(de)理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性(xìng)的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高(gāo)的区域(yù)，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实际上它们(men)之间的温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通过(guò)对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域(yù)提取和(hé)标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗(àn)物质(zhì)大(dà)约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释(shì)了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够(gòu)找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这些不同的(de)目标为什么公鸡不能炖汤，公鸡汤和母鸡汤的区别(biāo)粒(lì)子(zi)所需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球(qiú)上(shàng)最大的地学(xué)实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(l为什么公鸡不能炖汤，公鸡汤和母鸡汤的区别ǐ)有一个三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声称观测到(dào)了某种信(xìn)号(hào)。经过(guò)了(le)20多(duō)年的数据收集，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣(qù)的(de)事(shì)情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物(wù)质的第(dì)一个直接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们(men)讲了(le)太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以这样的(de)速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而(ér)另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全(quán)一(yī)致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢(màn)值(zhí)。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的(de)有效性(xìng)。

因(yīn)此科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们所(suǒ)观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年(nián)度(dù)周期信号(hào)的差异也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的数(shù)量也符合这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的(de)实验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质(zhì)所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其(qí)中一(yī)个关键的用(yòng)途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们(men)只能拭目以待了(le)。费米实(shí)验室(shì)粒(lì)子天体物理中心(xīn)的(de)科学(xué)家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发(fā)现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步(bù)的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在通过这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提(tí)是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支(zhī)持是我更新的动力！

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