宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟(jìng)是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数学(xué)原(yuán)理一(yī)书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运动的(de)规(guī)律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来(lái)，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄(shè)动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和测(cè)量后发(fā)星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一(yī)起。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结(jié)果一(yī)致，就可以确银耳越黄越好还是越白越好，干银耳为什么越放越黄(què)定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各个星(xīng)系相(xiāng)对(duì)于星系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学(xué)质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的(de)形(xíng)式所存在，我(wǒ)们(men)无(wú)法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发(fā)现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的速(sù)度比理论(lùn)上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚(fù)在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力(lì)量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光银耳越黄越好还是越白越好，干银耳为什么越放越黄、反射光，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们(men)观测的结(jié)果却让人(rén)感到(dào)不可(kě)思(sī)议。

随(suí)着(zhe)与(yǔ)中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大的(de)质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科(kē)学家们通过(guò)射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发(fā)现它(tā)们的(de)旋转速(sù)度并不(bù)符合(hé)牛(niú)顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系(xì)的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光(guāng)年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加(jiā)速度的(de)原因很可(kě)能就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的(de)研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量(liàng)却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量之后，发现星系(xì)中的(de)恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那么(me)又有人提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种可能就是(shì)人(rén)类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度(dù)空间(jiān)中的工作方式是(shì)不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它(tā)们的(de)轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)，科学家还(hái)引入(rù)了外部场(chǎng)效应的(de)概念，指的是(shì)在(zài)数百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年的规模(mó)上，巨大(dà)的(de)质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存(cún)在的其(qí)他(tā)的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解释的(de)“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很(hěn)多(duō)星系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则直接通过了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研(yán)究也(yě)被认为是(shì)暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下(xià)了(le)各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实(shí)际(jì)上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离(lí)后的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的(de)观测(cè)结果(guǒ)。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底(dǐ)是(shì)什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为(wèi)了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次(cì)的(de)实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实(shí)质性的(de)发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于(yú)阿(ā)尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子(zi)的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称(chēng)观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人(rén)们(men)发现了一个(gè)有趣的(de)事(shì)情。探测率会在每年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当(dāng)中(zhōng)每(měi)年(nián)都是一(yī)样(yàng)。一(yī)些科学家(jiā)认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的(de)年(nián)度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕着银(yín)河系(xì)进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是(shì)一致的，而(ér)另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰(qià)好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳(yáng)系相(xiāng)对(duì)银河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信(xìn)号的差异也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大(dà)利游客(kè)的数量(liàng)也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在南半球(qiú)建立(lì)了一(yī)个(gè)几乎相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之(zhī)前(qián)的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的(de)运(yùn)动(dòng)特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到(dào)相(xiāng)同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前(qián)还(hái)无法提(tí)供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗(àn)物质背(bèi)后的(de)奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有可能(néng)拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进(jìn)化的(de)一个重要(yào)因素。

如(rú)果这(zhè)一(yī)理论得到(dào)进一步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)的(de)暗物质(zhì)会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大(dà)前提是要先找到(dào)暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动力(lì)！

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