宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的(de)证据，科(kē)学家们在过去的几十(shí)年当中进(jìn)行了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲(zhé)学(xué)数学(xué)原理一(yī)书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现(xiàn)了(le)海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是(shì)应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例(lì)子。但(dàn)是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究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的巨大(dà)星系(xì)团，这(zhè)些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学(xué)质量的计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中的各(gè)个星系(xì)相对(duì)于星系团的运(yùn)动速度。当测量结(jié)果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光(guāng)的(de)形式(shì)所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是(shì)，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质(zhì)量(liàng)所产生的(de)引力是无法将它们束缚在(zài)星系(xì)团内(nèi)的，它们(men)早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的(de)人们对这样的(de)一(yī)种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福(fú)特在观(guān)测仙(xiān)女座(zuò)星系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的(de)运行速(sù)度(dù)就会越慢。但是他(tā)们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随(suí)着(zhe)与(yǔ)中心距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距(jù)离(lí)星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如(rú)果出(chū)现异常的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力(lì)量进入其中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度并不(bù)符(fú)合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速(sù)度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速(sù)度的原因很可能(néng)就是存在着一(yī)种我(wǒ)们(men)看不(bù)到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的(de)引力效应将星系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开(kāi)始，越来(lái)越多的(de)研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算在星系当中暗物(wù)质(zhì)的(de)质量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项新的研(yán)究当中，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现了一个反(fǎn)常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们使用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的(de)详细(xì)测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不(bù)同的，这(zhè)意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作(zuò)用则(zé)是不同的方式。对于(yú)在星系(xì)团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外(wài)部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在的(de)物理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解(jiě)释(shì)的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有这(zhè)些气(qì)体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到(dào)底是不(bù)是集中在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的(de)高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地(dì)看到很多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和我们(men)地(dì)球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级(jí)巨(jù)大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的(de)大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的(de)解释(shì)方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄(qì)今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了(le)各相同性的微波(bō)辐射。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标(biāo)记(jì)之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒(héng)星(xīng)运动所(suǒ)需要(yào)的暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的(de)电(diàn)磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如(rú)果能够(gòu)找到(dào)这种(zhǒng)粒子的(de)存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物质存在的(de)实(shí)际(jì)证据。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科学家们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的(de)目标粒子(zi)所(suǒ)需(xū)要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会(huì)与常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒(lì)子(zi)的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称观测(cè)到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的(de)数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到(dào82厘米的腰围是多少尺 82厘米是多少裤头)最(zuì)低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一(yī)些科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银(yín)河系进行(xíng)移(yí)动，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会产生相应(yīng)的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的(de)时(shí)候，地球与太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对银河系的(de)平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是(shì)这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号(hào)。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可能是(shì)温(wēn)度(dù)、湿度、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(yě)符合这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之前的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质(zhì)所存(cún)在(zài)的非常有力(lì)的证据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应(yīng)的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物(wù)质背后(hòu)的(de)奥秘，对于(yú)探(tàn)测的(de)结果(guǒ)，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会(huì)意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提是要先(xiān)找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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