宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们(men)在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然(rán)哲学数(shù)学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的(de)几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发(fā)现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用(yòng)万有引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大(dà)天文(wén)成就的(de)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(shàng)升到星系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗(fú)里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质(zhì)量。这(zhè)是(shì)一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测(cè)量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个(gè)星(xīng)系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结(jié)果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质(zhì)量消(xiāo)失了，或(huò)者说(shuō)这99%的(de)质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的(de)是(shì)，在(zài)测(cè)量速度的(de)过程(chéng)中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多(duō)星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们(men)早就应(yīng)该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部分不(bù)可(kě)见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们(men)却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时的人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个(gè)词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨道上的(de)运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗(àn)物质的力量进入其中。

于(yú)是科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测量了(le)距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并不符(fú)合牛(niú)顿(dùn)的(de)力学定律。我们的(de)太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速(sù)度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可(kě)能就(jiù)是存在着(zhe)一(yī)种我们(men)看不到(dào)的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据(jù)星系(xì)外(wài)恒星轨道的(de)速(sù)度，估算在(zài)星系(xì)当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可以解释(shì)这个(gè)现象的原因。在一项新(xīn)的研(yán)究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现速度上的(de)微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)存在(zài)的恒(héng)星数(shù)量却(què)只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常的物(wù)质和力(lì)学定律来解(jiě)释(shì)的。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系(xì)的暗(àn)物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大(dà)星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是(shì)，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人(rén)类对引力(lì)的理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度空间(jiān)中的(de)工作方式是(shì)不同的，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相互(hù)作用则(zé)是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概(gài)念(niàn)，指的(de)是在数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之(zhī)间(jiān)会(huì)产生(shēng)对彼(bǐ)此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要对现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物(wù)质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们大部(bù)分的普通质量都(dōu)在(zài)星系的(de)气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相互作用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的(de)中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量(liàng)区域到(dào)底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问题，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(bèi)一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人(rén)们(men)对子弹星系团观测的时(shí)候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释方法就(jiù)是(shì)当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边(biān)形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色(sè)的部分表示(shì)温度较(jiào)高(gāo)的(de)区域，蓝色则(zé)表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对(duì)前(qián)景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看(kàn)起来(lái)不(bù)应(yīng)该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物(wù)质比例是一(yī)致的(de)。这就意味着(zhe)。

用了(le)一(yī)个简单(dān)的理论框架(jià)，就很好地解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存(cún)在(zài)着某种类型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的(de)目标粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的(de)格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一(yī)直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学(xué)家(jiā)声(shēng)称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数据(jù)收集(jí)，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗(àn)物质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会产(chǎn)生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环(huán)绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完全(quán)一(yī)致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越一方水等于多少升，一方水等于多少升水暗(àn)物质流(liú)最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响(xiǎng)这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的(de)情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半(bàn)球(qiú)建立(lì)了(le)一个几(jǐ)乎(hū)相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季(jì)节与之前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第一(yī)个实验室是一(yī)样的(de)。

因此(cǐ)，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的(de)用途就(jiù)是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘，对于探测(cè)的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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