宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学(xué)家们在(zài)过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期(qī)实验(yàn)，但是(shì)却没有发(fā)现任何(hé)的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的(de)自然哲学数(shù)学(xué)原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，它揭(jiē)示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶(yé)就通过(guò)天王(wáng)星(xīng)运行轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大(dà)天文(wén)成就的例子。但是(shì)这些发(fā)现都是(shì)在恒星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是(shì)获(huò)得(dé)其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需(xū)要(yào)的(de)数据是(shì)测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹(zī)威(wēi)基彻(chè)底懵了(le)，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形式(shì)所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡(guǐ)异(yì)的是(shì)，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质量所产生(shēng)的(de)引(yǐn)力是无(wú)法将它(tā)们束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它们(men)早就应该被抛出(chū)星系团之外了(le)，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一种神秘的(de)力(lì)量在(zài)起作用，这种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的(de)一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福(fú)特在(zài)观测(cè)仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢(màn)。但(dàn)是他(tā)们观测的结(jié)果却(què)让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离(lí)的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持(chí)不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系(xì)当(dāng)中如果没有(yǒu)足够(gòu)大(dà)的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种相对标准的(de)方法来解(jiě)释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系(xì)当中气(qì)体在X轴上距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测(cè)量(liàng)了距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)更远距离的(de)氢元素，发(fā)现(xiàn)它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河(hé)系的(de)第(dì)三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个(gè)实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度(dù)，那么(me)产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度(dù)的原因很可能就是存在着一种我们(men)看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因(yīn)。在(zài)一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学(xué)家(jiā)还发现(xiàn)了(le)一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进(jìn)的望远镜对(duì)其进行(xíng)了(le)40个小时(shí)的详细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人(rén)类对(duì)引(yǐn)力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是(shì)不同的，这意(yì)味(wèi)着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还(hái)有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力氧化铁和稀盐酸反应现象及方程式，氧化铁和稀盐酸反应现象原因透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的(de)中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什(shén)么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照(zhào)片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么(me)问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲(qū)。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部(bù)的(de)碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的(de)质量气体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了这个区(qū)域，并在两边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有(氧化铁和稀盐酸反应现象及方程式，氧化铁和稀盐酸反应现象原因yǒu)来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了(le)130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背景分(fēn)离后(hòu)的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域(yù)提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物(wù)质(zhì)，图形看起来不(bù)应(yīng)该(gāi)是(shì)这样(yàng)的(de)，而(ér)随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的(de)幅(fú)度会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需(xū)要(yào)的(de)暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是(shì)什(shén)么(me)？科学(xué)家们(men)已经(jīng)提出了数(shù)十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过(guò)50次(cì)的实验，却没(méi)有任何实质(zhì)性(xìng)的(de)发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的(de)探测器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到了(le)某种信(xìn)号(hào)。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率会在(zài)每年(nián)的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而(ér)且在(zài)20年当(dāng)中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会(huì)产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外(wài)半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完全一(yī)致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗(àn)物(wù)质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来(lái)解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可(kě)能(néng)是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也(yě)符合这个周期(qī)的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一(yī)个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球(qiú)穿过暗(àn)物(wù)质流的运动(dòng)特征和(hé)第(dì)一个实(shí)验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前(qián)还无法提供相(xiāng)应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个(gè)关键的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能(néng)拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的(de)诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如(rú)果这一理(lǐ)论(lùn)得到(dào)进一步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意(yì)味着人(rén)类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通过这样的(de)效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的动力！

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