宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的(de)有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它(tā)揭(jiē)示(shì)了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学(xué)家们发(fā)现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常，不(bù)符合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发(fā)现(xiàn)了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发(fā)现都是在恒星系(xì)布洛芬一天最多吃几次，布洛芬一天最大剂量是多少统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星系(xì)团的(de)质量。这是(shì)一个由数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一般会使(shǐ)用到(dào)两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的(de)数(shù)据(jù)是测(cè)量各个(gè)星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各个星系(xì)相对于星系(xì)团的(de)运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中很多(duō)星(xīng)系的速度比理论上要快(kuài)得多(duō)，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它(tā)们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力(lì)量在(zài)起作(zuò)用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是当时的(de)人们(men)对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再(zài)一次(cì)出(chū)现(xiàn)。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果没(méi)有(yǒu)足够大(dà)的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科(kē)学(xué)家们会使用一(yī)种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力(lì)量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射(shè)电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太(tài)阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到(dào)的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物(wù)质(zhì)的(de)质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释(shì)这个现(xiàn)象的(de)原(yuán)因。在一项新的(de)研究当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地(dì)球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该(gāi)星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个(gè)小(xiǎo)时的(de)详细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)是可(kě)以用正常的物(wù)质和(hé)力学定(dìng)律(lǜ)来(lái)解释的(de)。那么(me)又有人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的(de)理解还不够全(quán)面，引力(lì)很(hěn)可(kě)能在不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作方式是(shì)不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的(de)方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的(de)相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学(xué)家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应(yīng)的概(gài)念，指的(de)是在数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对(duì)现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗(àn)物(wù)质存(cún)在的(de)其他(tā)的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通(tōng)质量都在星系(xì)的(de)气(qì)体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体的相互作用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的(de)质量将位(wèi)于所(suǒ)有(yǒu)这些气体(tǐ)所(suǒ)在(zài)的中间区域。那么我们通过(guò)什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不(bù)是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在(zài)照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的(de)形变(biàn)。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是(shì)韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西(xī)的(de)引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星系的(de)光(guāng)都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的(de)大(dà)质量区域(yù)并不是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的(de)解释方法就是当星(xīng)团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观(guān)测(cè)到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域(yù)，并在(zài)两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温(wēn)度较高的(de)区域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它(tā)们不(bù)参与(yǔ)任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒(lì)子的(de)存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子(zi)所需要(yào)的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规(guī)物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的(de)发(fā)现，除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地(dì)球(qiú)上最大(dà)的(de)地学实(shí)验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声称观测(cè)到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发(fā)现(xiàn)暗(àn)物质的(de)第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质(zhì)会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银(yín)河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中会(huì)产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年(nián)的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环(huán)绕银(yín)河系的(de)方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员们(men)所观(guān)测到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客(kè)的数量也符(fú)合这个周(zhōu)期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们又在(zài)南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质(zhì)流的运动特征和第(dì)一个实验(yàn)室是(shì)一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一(yī)台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但(dàn)它的(de)宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视(shì)野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是(shì)生(shēng)命进化(huà)的(de)一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进(jìn)一步(bù)的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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