宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过(guò)去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却(què)没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的(de)时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的(de)异(yì)常，推算并(bìng)且发(fā)现了海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的(de)例子。但是这些(xiē)发现都(dōu)是(shì)在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者(zhě)是星团的(de)尺度，事(shì)情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在(zài)研(yán)究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由数千个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的(de)数(shù)据是测量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是(shì)“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这(zhè)意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形(xíng)式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度(dù)的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很(hěn)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(jǐn)靠这些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生的(de)引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于(yú)某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发(fā)散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特(tè)在(zài)观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离(lí)中心(xīn)越远的(de)恒星在(zài)其(qí)轨(guǐ)道上的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù200mm是多少米，2000mm是多少米)变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸(xī)引它们，这(zhè)些(xiē)外(wài)围的(de)恒(héng)星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解(jiě)释(shì)暗物质的存(cún)在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在(zài)X轴(zhóu)上距离(lí)星(xīng)系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过射(shè)电望(wàng)远镜测量(liàng)了(le)距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系(xì)位于(yú)银(yín)河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大(dà)于理(lǐ)论(lùn)速度，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速(sù)度(dù)的原因很可能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们(men)看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的(de)引力(lì)效(xiào)应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人(rén)员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这个(gè)现(xiàn)象的原(yuán)因。在一(yī)项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速(sù)度(dù)上的(de)微小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们(men)使用(yòng)最先进的望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是(shì)可以用正常(cháng)的(de)物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一(yī)个大星(xīng)系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何(hé)星系(xì)存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的除了(le)暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能(néng)就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的(de)，这(zhè)意(yì)味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的(de)相互(hù)作用，科学(xué)家还引入(rù)了外(wài)部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们(men)需(xū)要对现(xiàn)在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的其他(tā)的(de)理论证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部(bù)分(fēn)的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证它(tā)的(de)质量(liàng)区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一(yī)张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在(zài)照片(piàn)中我们可以明显地看(kàn)到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们(men)对(duì)子(zi)弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域(yù)，并(bìng)在(zài)两边形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除(chú)此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上它们(men)之间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过(guò)对(duì)前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发(fā)现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测量(liàng)值(zhí)，我们需(xū)要的(de)暗(àn)物质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型的粒(lì)子，它们(men)不参(cān)与(yǔ)任何其(qí)他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而(ér)要(yào)寻找200mm是多少米，2000mm是多少米这些不(bù)同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)实验，却(què)没(méi)有任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利(lì)的(de)格(gé)兰(lán)萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大(dà)的地学实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的(de)数(shù)据(jù)收(shōu)集，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一(yī)些科学(xué)家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间(jiān)，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是(shì)一致的，而(ér)另外(wài)半年(nián)则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的情况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿(shī)度、土壤中的(de)水(shuǐ)分(fēn)、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连(lián)意大利游客(kè)的数量也符(fú)合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存(cún)在的非常有力的(de)证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还(hái)无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了(le)。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬(fēn)研(yán)究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)的暗物质会(huì)不(bù)会意味(wèi)着人(rén)类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提(tí)是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是(shì)我更新的动(dòng)力！

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