宇宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是(shì)什么？人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家(jiā)们(men)在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运(yùn)行(xíng)轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发(fā)现(xiàn)都(dōu)是应用(yòng)万有引(yǐn)力(lì)定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文(wén)成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的(de)尺度当中，可当我们(men)上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变得(dé)诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星系团的(de)质(zhì)量(liàng)一般会(huì)使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一(yī)种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各(gè)个星系相对(duì)于星系(xì)团的运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是(shì)“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的(de)速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘(mì)的力(lì)量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这样(yàng)部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的(de)质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才(cái)再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心(xīn)越远的(de)恒星在(zài)其轨道上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但是大闸蟹吃公的好还是母的好，大闸蟹公的好还是母蟹好(shì)他们观测(cè)的(de)结果却(què)让(ràng)人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种现象，科学(xué)家们会(huì)使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的(de)存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合(hé)牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存(cún)在着(zhe)一(yī)种我(wǒ)们看(kàn)不到的(de)物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这个现象的(de)原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒星(xīng)数量(liàng)却只有银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析(xī)。但(dàn)是科(kē)学(xué)家们使用(yòng)最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测(cè)量之后，发现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有任何星系(xì)存在(zài)。造(zào)成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人(rén)类对引力(lì)的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和(hé)星团的(de)尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学(xué)家还引入(rù)了(le)外部场效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让很多(duō)人(rén)认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是(shì)蒙德(dé)理(lǐ)论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年(nián)的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的(de)星团，它们大(dà)部分的(de)普通质量都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体(tǐ)的(de)相互作用就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大部分(fēn)的(de)质(zhì)量(liàng)将(jiāng)位于所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些(xiē)气体所在的(de)中间区域。那么(me)我们通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区域到底是不(bù)是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实这些星系(xì)本身并不是(shì)真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了(le)什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观测(cè)者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级巨(jù)大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)就是(shì)引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发(fā)现它的(de)大(dà)质(zhì)量(liàng)区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所以(yǐ)最好(hǎo)的(de)解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的微(wēi)波辐(fú)射(shè)。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实际上它们(men)之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来(lái)不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要(yào)的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就很好地解释了(le)很(hěn)多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经提出了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看不(bù)见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任(rèn)何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大的地学实(shí)验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒(lì)子的(de)周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声(shēng)称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集(jí)，人们(men)发(fā)现了(le)一(yī)个有趣(qù)的事(shì)情。探测率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能(néng)是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围(wéi)绕着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡(dàng)，同(tóng)时(shí)地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而(ér)在6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达到完全(quán)一(yī)致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期(qī)性(xìng)信号。当(dāng)然也可(kě)能(néng)有其他(tā)的(de)情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度(dù)周期(qī)信号(hào)的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的(de)季节与之(zhī)前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个实(shí)验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可(kě)以(yǐ)成为(wèi)暗(àn)物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无(wú)法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一(yī)台新(xīn)的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们(men)只能拭(shì)目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生(shēng)命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进一步(bù)的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这(zhè)样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是(shì)要先找到(dào)暗(àn)物质存在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动(dòng)力！

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