宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质存在的证据(jù)，科学家(jiā)们(men)在过去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的(de)时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一(yī)定有(yǒu)未(wèi)知的天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道现在泰山顶上的温度大约是多少度呢，现在泰山山顶的温度有多少？。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的(de)例子(zi)。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到(dào)星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和测量后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这是一个(gè)由(yóu)数(shù)千(qiān)个(gè)星(xīng)系(xì)所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中的(de)各个(gè)星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形式(shì)所存(cún)在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测(cè)量速(sù)度(dù)的过程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多(duō)，按(àn)照牛顿的(de)运(yùn)动学定(dìng)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(shù)缚在星(xīng)系团内(nèi)的(de)，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们(men)却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的(de)质量。只是当时的人们(men)对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们(men)观(guān)测的(de)结(jié)果却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的(de)万有引力定律，在星系(xì)当中如(rú)果没(méi)有足够大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们(men)会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测(cè)量星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系(xì)中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行(xíng)计算，太(tài)阳(yáng)系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是(shì)存在(zài)着一种我们看(kàn)不到(dào)的(de)物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了(le)一(yī)起。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的(de)研究当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的(de)微小差(chà)异。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了一个(gè)反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系(xì)必(bì)须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的另一个大星(xīng)系(xì)剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方式(shì)是(shì)不同的，这意(yì)味(wèi)着在(zài)行星系(xì)尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着(zhe)它们(men)的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的(de)相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的规(guī)模(mó)上(shàng)，巨(jù)大的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着我们需要对现在的物(wù)理定(dìng)律进行修正，这些发(fā)现也让很(hěn)多(duō)人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的相互作(zuò)用就(jiù)会导致温(wēn)度的急(jí)剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域(yù)到(dào)底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全(quán)彩的(de)高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可(kě)以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和(hé)我们地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大(dà)质量的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)可能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而(ér)是(shì)在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接(jiē)通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在两边形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力(lì)透(tòu)镜研(yán)究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来(lái)自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景(jǐng)上(shàng)留下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色(sè)则表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离(lí)后的二值图像进行连(lián)通域提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单(dān)的理(lǐ)论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子(zi)，它们(men)不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科(kē)学(xué)家(jiā)们已经提出(chū)了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标(biāo)粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方式(shì)也不相同。在过去(qù)的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们(men)已经进行(xíng)了(le)超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井(jǐng)当(dāng)中(zhōng)，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地(dì)学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探(tàn)测(cè)器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测(cè)到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这(zhè)可(kě)能是人类发现暗物质的(de)第一(yī)个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么(me)暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围绕太(tà现在泰山顶上的温度大约是多少度呢，现在泰山山顶的温度有多少？i)阳的方向与太(tài)阳环绕(rào)银(yín)河(hé)系的(de)方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研(yán)究人员(yuán)们(men)所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造(zào)成这种年度周期信号(hào)的(de)差异也(yě)可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的数量(liàng)也符合这个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这(zhè)里的(de)季节(jié)与(yǔ)之前的(de)实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存(cún)在的非(fēi)常有力的(de)证据了。但(dàn)是(shì)由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法提供相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪(yí)器提(tí)供的(de)视野是(shì)哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关(guān)键的(de)用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了。费米实验室(shì)粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们(men)极有可(kě)能(néng)拥有(yǒu)另(lìng)一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样(yàng)的效应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论(lùn)的(de)大前提(tí)是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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