宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科(kē)学无法解(jiě)释的(de)“暗(àn)物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的证据(jù)，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十(shí)年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据(jù)。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学家(jiā)们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它的(de)干腊肉特别硬怎么处理，腊肉太干太硬变软小妙招轨(guǐ)道(dào)。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算并且(qiě)发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在(zài)恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由数千个(gè)星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会(huì)使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果(guǒ)一(yī)致，就(jiù)可以确(què)定其质量的(de)范围。

第(dì)一种是获得其"光(guāng)度学(xué)的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个星系的(de)光度(dù)。

第二种是动力(lì)学质量的计(jì)算，是(shì)利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中的(de)各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们(men)无法看到。最诡异的(de)是，在测(cè)量速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上(shàng)要(yào)快(kuài)得(dé)多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的(de)质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚(fù)在(zài)星(xīng)系团内(nèi)的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起作用，这种力(lì)量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大(dà)部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时(shí)的(de)人(rén)们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质(zhì)”这(zhè)个词(cí)才再一次(cì)出现。天文(wén)学(xué)家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在(zài)观(guān)测仙女座星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们(men)观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大(dà)于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速(sù)度的原因很可能(néng)就是存(cún)在着一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科(kē)学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新(xīn)的(de)研究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对(duì)其(qí)进行了(le)40个小时的详细测(cè)量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动(dòng)是可以用正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附(fù)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系存在(zài)。造(zào)成这些现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的(de)工作(zuò)方式(shì)是(shì)不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的(de)方式(shì)运动。但是上升(shēng)到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数(shù)百万光年(nián)的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗(àn)物质存在的其他(tā)的理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在(zài)星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看(kàn)到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系(xì)本身并(bìng)不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨(jù)大的(de)天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西(xī)的(de)引力，会(huì)使身后更遥远星系的(de)光都发(fā)生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的(de)天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的(de)时候，发现它的大(dà)质量区域并不(bù)是在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质(zhì)量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个区(qū)域，并在(zài)两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)研究也被认为是暗(àn)物质存在(zài)的(de)迄今(jīn)为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万(wàn)年(nián)之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间(jiān)的(de)温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物(wù)质(zhì)比例是(shì)一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物质存(cún)在的(de)实(shí)际证据。这种粒(lì)子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标粒(lì)子(zi)所需(xū)要的实(shí)验方(fāng)式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发(fā)现，除了一个(gè)地(dì)方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直(zhí)致(zhì)力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的(de)科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信号(hào)。经过(guò)了(le)20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现了(le)一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月(yuè)份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可能是人(rén)类发(fā)现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移动，那么(me)如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这(zhè)样的(de)速(sù)度在穿(chuān)越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳(yáng)的(de)方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客的数量也(yě)符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的(de)实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物(wù)质所(suǒ)存(cún)在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其(qí)中(zhōng)一个(gè)关键的用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的(de)科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生命进化的(de)一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并(bìng)不(bù)孤单(dān)呢？或(huò)许在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过(guò)这样的(de)效应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们(men)觉得暗物(wù)质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的动力！

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