宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是(shì)什么(me)？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年(nián)当中进行了超过(guò)50次的(de)长期实验，但是却(què)没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然(rán)哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知(zhī)的(de)天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗(huì)星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当我(wǒ)们上升到星(xīng)系(xì)或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和(hé)测量后发星系团(tuán)的质(zhì)量。这是(shì)一(yī)个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团的(de)质量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就可以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度学(xué)的(de)质量"，需要的数(shù)据是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测(cè)量星系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质(zhì)量并不(bù)以可(kě)见光(guāng)的(de)形式所存在，我们(men)无(wú)法看到。最(zuì)诡(guǐ)异(yì)的是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星系团中很多(duō)星系(xì)的(de)速度比理论上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的质量(liàng)所产生的(de)引力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力(lì)量(liàng)来(lái)源于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心(xīn)越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的(de)结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有(yǒu)足(zú)够(gòu)大的(de)质量来吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们(men)会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗(àn)物(wù)质的存(cún)在，这种方法就是(shì)测(cè)量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体(tǐ)的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们(men)的太阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系位于银(yín)河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的(de)原因很可能就(jiù)是(shì)存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开(kāi)始，越来(lái)越多的(de)研究人员开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科(kē)学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现(xiàn)了(le)一个反常的(de)星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河(hé)系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一(yī)种可(kě)能就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是(shì)不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的(de)相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的(de)是在数(shù)百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所(suǒ)没(méi)法解释(shì)的(de)“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量区(qū)域(yù)到底是不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回(huí)了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全(quán)彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是(shì)引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观(guān)测的(de)时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的(de)质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上(shàng)留(liú)下(xià)了各相同(tóng)性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分(fēn)离(lí)后的二(èr)值(zhí)图像进行连通域(yù)提取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们(men)需(xū)要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很好地解释(shì)了(le)很(hěn)多不(bù)同的(de)观测结(jié)果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如(rú)果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找到(dào)了暗(àn)物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科(kē)学(xué)家们已经提出了数(shù)十(shí)种的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验(yàn)方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互作(zuò)用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地(dì)球上(shàng)最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的(de)科学家声(shēng)称(chēng)观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的(de)数(shù)据收集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣的(de)事情。探测(cè)率会在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)着银(yín)河(hé)系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这样的速(sù)度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个(gè)理(lǐ)论的有(yǒu)效(xiào)性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这(zhè)可(kě)以用来(lái)解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的(de)差异也(yě)可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的数(shù)量也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流的(de)运动特征和第一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于(yú)这(zhè)个实(shí)验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截(jié)至目前还无(wú)法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器(qì)提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的(de)结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的(de)效应，这(zhè)种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人(rén)类并(bìng)不(bù)孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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