宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会(huì)存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的证据，科学(xué)家们(men)在过(guò)去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是每走一步就会深深的撞一下，抱着走一下就撞一下却没有发现任(rèn)何的(de)有效证据。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃(āi)萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应用万有引力(lì)定律所取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒(héng)星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系或者是星(xīng)团的(de)尺度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千(qiān)个星系所组成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力(lì)束缚在一起。测量星系(xì)团的(de)质(zhì)量一般(bān)会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其(qí)"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的数据(jù)是测量各(gè)个(gè)星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星系(xì)团(tuán)中的各个星系相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在(zài)星系团内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提(tí)出了(le)这(zhè)样部(bù)分不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量(liàng)。只是当时的(de)人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不(bù)屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特(tè)在(zài)观测仙(xiān)女座(zuò)星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢(màn)。但是(shì)他(tā)们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够(gòu)大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家(jiā)们(men)会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系位于银河系的(de)第(dì)三悬(xuán)臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看(kàn)不到的(de)物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集(jí)在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是(shì)科(kē)学(xué)家们使用最先进的(de)望远镜对(duì)其进行了(le)40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是(shì)可(kě)以(yǐ)用正常的物质和力学(xué)定律来(lái)解释的(de)。那么又有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也许该星(xīng)系(xì)的暗(àn)物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的(de)附近没有任(rèn)何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力(lì)的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和(hé)星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则(zé)是不同的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之间的(de)相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会(huì)产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要(yào)对(duì)现在的(de)物理(lǐ)定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗(àn)物质(zhì)假(jiǎ)说理(lǐ)论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度(dù)的急(jí)剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团(tuán)大(dà)部(bù)分的(de)质量(liàng)将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所(suǒ)在的中(zhōng)间区域(yù)。那么(me)我们(men)通过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区(qū)域到底是不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地(dì)看(kàn)到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些星系(xì)本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子弹(dàn)星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质(zhì)则直接(jiē)通(tōng)过了这个区域(yù)，并在(zài)两(liǎng)边形成了(le)引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存(cún)在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上(shàng)留下(xià)了(le)各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的(de)部分(fēn)表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们(men)通过对前(qián)景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的(de)，而随(suí)着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一(yī)些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么？科学(xué)家(jiā)们已经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了(le)超过50次的(de)实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高的探测器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们(men)发现了一个(gè)有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们(men)讲(jiǎng)了太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以这样的速(sù)度在(zài)穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的(de)时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可能有其他的(de)情况，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的数(shù)量(liàng)也符合这个(gè)周期的(de)规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半(bàn)球(qiú)建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流(liú)的(de)运动特征(zhēng)和第一个(gè)实验(yàn)室是(shì)一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得(dé)到相同的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存在的(de)非常有力的证据了。但(dàn)是(shì)由(yóu)于这个实(shí)验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还(hái)无(wú)法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支(zhī)持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这每走一步就会深深的撞一下，抱着走一下就撞一下台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的(de)奥(ào)秘，对(duì)于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物(wù)质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在(zài)通(tōng)过(guò)这样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然(rán)，这些推论(lùn)的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动力！

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