宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了(le)寻(xún)找暗物质存(cún)在的(de)证据，科学家们在过(guò)去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了超过(guò)50次的(de)长期(qī)实验，但是却没有发现任(rèn)何(hé)的有效证据(jù)。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不(bù)符合(hé)万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的(de)天体通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律所取(qǔ)得(dé)重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测(cè)量后(hòu)发星系团(tuán)的(de)质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第(dì)二(èr)种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量(liàng)并(bìng)不以可(kě)见光(guāng)的形式所(suǒ)存(cún)在，我(wǒ)们(men)无(wú)法看到(dào)。最诡(guǐ)异(yì)的(de)是，在测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的(de)速(sù)度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产生的引力(lì)是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出(chū)星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用(yòng)，这种力(lì)量(liàng)来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样(yàng)部分(fēn)不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射(shè)光(guāng)，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对这(zhè)样(yàng)的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的(de)运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物(wù)质的存(cún)在，这(zhè)种方(fāng)法就是(shì)测(cè)量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于(yú)是(shì)科学(xué)家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们(men)看不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来越(yuè)多的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系(xì)不多(duō)，但(dàn)是星系(xì)当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物(wù)质(zhì)，否则(zé)就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发(fā)现星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物(wù)质，已经被(bèi)附(fù)近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离(lí)了(le)。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力(lì)的(de)理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行(xíng)星(xīng)系尺度(dù)中(zhōng)的(de)天体会(huì)沿着它们(men)的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间的(de)相互(hù)作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但(dà大学几乎都开过房，大学谈恋爱的都开过房吗n)是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的(de)星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们(men)地(dì)球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系(xì)的(de)光都发(fā)生了(le)扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而(ér)是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是(shì)当星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间(jiān)背景上留下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的(de)二值图(tú)像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看(kàn)起(qǐ)来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多不同的观(guān)测(cè)结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子(zi)到底是什(shén)么？科(kē)学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目(mù)标粒(lì)子所需要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了(le)一个(gè)地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上(shàng)最大的地学实(shí)验(yàn)室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

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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(le)20多年的数据(jù)收集，人(rén)们发现了一个有趣的(de)事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可能(néng)是人(rén)类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质(zhì)会(huì)产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物(wù)质流，这个过(guò)程(chéng)中会(huì)产生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的(de)方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年(nián)则与之相(xiāng)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(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究(jiū)人(rén)员们所观测到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意(yì)大利(lì)游(yóu)客(kè)的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南(nán)半球建(jiàn)立了(le)一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季(jì)节(jié)与之前的(de)实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和(hé)第一个(gè)实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可(kě)以得(dé)到(dào)相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无法提(tí)供相(xiāng)应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大(dà)前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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