宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却没(méi)有发(fā)现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天(tiān)文成(chéng)就的(de)例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研(yán)究和测量(liàng)后发星系团的质(zhì)量。这是一个(gè)由(yóu)数千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各(gè)个星系的(de)光度。

第(dì)二(èr)种是动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学(xué)定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星(xīng)系(xì)的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是(shì)无法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们(men)束缚(fù)在星系团内的(de)，它(tā)们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了(le)，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词(cí)才再(zài)一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福(fú)特(t公元1世纪是哪一年到哪一年，公元1世纪是什么年代è)在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运(yùn)动(dòng)。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们(men)观测的结(jié)果却让人感到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星(xīng)系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们(men)，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对(duì)标准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这种方法就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就(jiù)认(rèn)为是由(yóu)暗物(wù)质的力(lì)量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛(niú)顿的(de)力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律进行(xíng)计(jì)算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银(yín)河系旋(xuán)转，这个(gè)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(zài)着(zhe)一(yī)种我们(men)看(kàn)不(bù)到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系(xì)聚集(jí)在了(le)一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始相(xiāng)信(xìn)暗物(wù)质的存(cún)在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星系(xì)质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远(yuǎn)恒(héng)星之间，也(yě)会出现速(sù)度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系(xì)当(dāng)中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却(què)只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须(xū)存(cún)在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的(de)物质和力学定律来(lái)解释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的另一个(gè)大(dà)星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任何(hé)星(xīng)系(xì公元1世纪是哪一年到哪一年，公元1世纪是什么年代)存在(zài)。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方式(shì)。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部(bù)场效应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的(de)质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在的物(wù)理定(dìng)律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存在的其(qí)他的理论(lùn)证据(jù)，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的普通质量都在(zài)星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时(shí)候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部(bù)分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过什(shén)么来验证(zhèng)它的质(zhì)量(liàng)区域(yù)到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形(xíng)变(biàn)。其实这些星(xīng)系本身并不是真的(de)被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的引力，会(huì)使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆(bào)炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了(le)各(gè)相同(tóng)性(xìng)的微波辐(fú)射(shè)。其(qí)中红色(sè)的(de)部分表示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们(men)之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进行(xíng)连通域提取和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射(shè)的(de)测(cè)量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释了很多(duō)不(bù)同的观(guān)测(cè)结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。这种(zhǒng)公元1世纪是哪一年到哪一年，公元1世纪是什么年代粒子(zi)到(dào)底是什(shén)么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年(nián)当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实(shí)质性的发现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收(shōu)集，人们发(fā)现了(le)一个有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而(ér)且(qiě)在20年当(dāng)中每(měi)年(nián)都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直(zhí)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)我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球(qiú)围(wéi)绕太(tài)阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈(chéng)现了(le)60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他(tā)的情况，造成这种年(nián)度(dù)周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在(zài)南半(bàn)球(qiú)建立(lì)了一个几乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的季(jì)节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动(dòng)特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非(fēi)常有力(lì)的证据了(le)。但是由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪(yí)器提(tí)供(gōng)的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一(yī)个关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的(de)结果(guǒ)，我们(men)只能(néng)拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在，它(tā)们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命进(jìn)化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的(de)实(shí)际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动(dòng)力！

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