宇宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去的几十年(nián)当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的(de)有效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们(men)就(jiù)会(huì)知道(dào)，周围一定有未知的(de)天体(tǐ)通过(guò)引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异常，推算并(bìng)且发(fā)现(xiàn)了(le)海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情(qíng)就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和(hé)测量(liàng)后发星系团的(de)质量。这是一(yī)个(gè)由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大(dà)星(15英寸等于多少厘米 15英寸等于多少寸xīng)系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚在(zài)一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使用(yòng)到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的数据(jù)是测量各个(gè)星系的(de)光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学(xué)质量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测(cè)量速度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系(xì)团中很(hěn)多星系的速度(dù)比(bǐ)理(lǐ)论上(shàng)要快(kuài)得多(duō)，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质量所产生(shēng)的引力(lì)是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘(mì)的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分(fēn)不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当时的人们对(duì)这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的(de)运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到(dào)不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系(xì)当中如果没(méi)有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸(xī)引(yǐn)它(tā)们，这(zhè)些外围的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方法来解释(shì)暗(àn)物(wù)质的存(cún)在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不(bù)符合牛(niú)顿(dùn)的力学定(dìng)律(lǜ)。我们(men)的(de)太(tài)阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论(lùn)速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的(de)原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚(jù)集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算(suàn)在星(xīng)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)不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系(xì)当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之(zhī)一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质(zhì)和力学(xué)定(dìng)律来解释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该星(xīng)系(xì)的(de)暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对(duì)引力的理解(jiě)还不够全(quán)面(miàn)，引(yǐn)力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间中的(de)工作方式(shì)是(shì)不同(tóng)的，这意味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的(de)天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家(jiā)还(hái)引(yǐn)入了(le)外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需(xū)要对(duì)现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现(xiàn)也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际(jì)气体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全(quán)彩(cǎi)的(de)高清照片，在(zài)照片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球上的(de)观(guān)测者(zhě)之(zhī)间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并(bìng)不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通过了这个(gè)区(qū)域，并在两边形成(chéng)了(le)引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻(zǔ)地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的(de)区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前(qián)景背(bèi)景分(fēn)离(lí)后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标(biāo)记之后发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该(gāi)是这样(yàng)的，而(ér)随(suí)着暗物质的(de)增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释星(xīng)系(xì)当中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解释了(le)很多不(bù)同的观(guān)测结果。而暗物质的(de)本(běn)质就是(shì)宇(yǔ)宙当(dāng)中存(cún)在着某(mǒu)种类型的(de)粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如(rú)果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家们已经提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在(zài)过去(qù)的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观(guān)测到了某种信号。经过(guò)了20多年的(de)数据收集，人(rén)们(men)发现了(le)一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性的年度(dù)信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的(de)速(sù)度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是(shì)一(yī)致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时(shí)段(duàn)。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个理论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观(guān)测到(dào)的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年(nián)度周期(qī)信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的数(shù)量也(yě)符(fú)合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学(xué)家(jiā)们又在南半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立(lì)了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流(liú)的运动特征和第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在(zài)这里可以得到(dào)相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存(cún)在的非常有力的(de)证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截(jié)至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的(de)视野是(shì)哈勃红(hóng)外(wài)仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一(yī)个(gè)关键的用途就(jiù)是探索暗(àn)物(wù)质(zhì)背后的(de)奥秘(mì)，对(duì)于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天(tiān)体物(wù)理(lǐ)中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们极(jí)有可能(néng)拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化(huà)的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落(luò)的(de)行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要(yào)先找到(dào)暗物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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