宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会存(cún)在科学(xué)无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去的几十年(nián)当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的(de)有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家们(men)发现某些天体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他(tā)们(men)就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年(nián)，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到(dào)星(xīng)系或者是星团的(de)尺度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究和(hé)测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得(dé)其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的各个星(xīng)系相对于(yú)星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的(de)速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得(dé)多，按(àn)照牛(niú)顿(dùn)的(de)运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形(xíng96的因数有哪些数，72的因数有哪些)的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部(bù)分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们(men)却(què)占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙(xiān)女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们观测(cè)的结果却让(ràng)人(rén)感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这(zhè)些外围(wéi)的(de)恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测(cè)量星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测(cè)量了距离(lí)星系中心更远距离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太(tài)阳(yáng)系(xì)的(de)运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存(cún)在(zài)着一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的(de)原因。在一项新(xīn)的(de)研究当中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距(jù)离(lí)地(dì)球(qiú)大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大(dà)小和银河系不(bù)多，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该(gāi)星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的(de)详(xiáng)细测量之后(hòu)，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以用正常的物(wù)质(zhì)和(hé)力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附(fù)近(jìn)的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另一(yī)种可能(néng)就是人类(lèi)对引力的(de)理解(jiě)还不够(gòu)全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不(bù)同(tóng)尺度空(kōng)间(jiān)中的工(gōng)作(zuò)方式(shì)是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的(de)方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系和(hé)星团的(de)尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则(zé)是不同的方式。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们需(xū)要对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发(fā)现也(yě)让很多(duō)人认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普通质量(liàng)都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位(wèi)于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实(shí)这些星(xīng)系本(běn)身(shēn)并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天(tiān)体和我们地(dì)球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发(fā)生(shēng)了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的(de)天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力(lì)透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存(cún)在的(de)迄(qì)今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同(tóng)性(xìng)的微(wēi)波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则(zé)表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间(jiān)的温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行连(lián)通域(yù)提(tí)取和标记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随(suí)着(zhe)暗(àn)物质的(de)增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们(men)需要的(de)暗物(wù)质大约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星(xīng)运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物(wù)质(zhì)的本质(zhì)就(jiù)是(shì)宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他(tā)的电(diàn)磁(cí)作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当于(yú)找到了(le)暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)不同的目(mù)标(biāo)粒子所需(xū)要的(de)实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实(shí)质(zhì)性的(de)发(fā)现，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的(de)数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可(kě)能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗(àn)物(wù)质会产生周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可(kě)能有(yǒu)其他(tā)的情(qíng)况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，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(xué)家们又(yòu)在(zài)南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的(de)季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特(tè)征和(hé)第一个实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的(de)科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极有(yǒu)可(kě)能拥(yōng)有另一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一(yī)理论得(dé)到(dào)进一步(bù)的证实(shí)，那(nà)么(me)遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不会(huì)意(yì)味着人(rén)类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)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(dà)前提(tí)是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到(dào)底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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