宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)进行了(le)超过50次的(de)长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任何的(de)有效证据。除(chú)了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学数(shù)学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符(fú)合万有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知(zhī)道(dào)，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数(shù)千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测量星系团(tuán)的(de)质量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个(gè)星系相对(duì)于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了(le)，或(huò)者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异(yì)的(de)是，在测(cè)量速度的(de)过(guò)程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团中很(hěn)多星系(xì)的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质(zhì)量所产生的引力是无法将它(tā)们束(shù)缚在星(xīng)系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源(yuán)于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是(shì)当时的(de)人(rén)们对这(zhè)样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾(gù)。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的(de)恒星(xīng)在其(qí)轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们观(guān)测的结果却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如(rú)果(guǒ)没(méi)有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法来(lái)解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是(shì)测量(liàng)星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是(shì)由(yóu)暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测(cè)量(liàng)了(le)距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距(jù)离的(de)氢元素，发现它(tā)们的(de)旋转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我们(men)看(kàn)不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家根(gēn)据(jù)星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的(de)85%。但(dàn)是，暗物(wù)质(zhì)并不(bù)是唯一可(kě)以解释(shì)这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应(yīng)的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系(xì)不(bù)多，但(dàn)是星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒(héng)星(xīng)数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所(suǒ)以在(zài)理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动是可(kě)以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附(fù)近没有任何星(xīng)系存(cún)在。造(zào)成这些现象的除(chú)了暗物质(zhì)的(de)假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力(lì)很可(kě)能(néng)在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同的(de)，这意味着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团之间的相互(hù)作用，科(kē)学家还(hái)引入(rù)了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的(de)效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发(fā)现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假(jiǎ)说(shuō)理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗(àn)物(wù)质存在的其(qí)他(tā)的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部分的(de)普通(tōng)质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间区(qū)域。那么(me)我们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区(qū)域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实这些星系(xì)本(běn)身并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星系团(tuán)观测的(de)时候，发现它(tā)的大质(zhì)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(jiù)是(shì)当星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的(de)质量气(qì)体被(bèi)卡在(zài)了(le)中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过了(le)这个(gè)区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄(qì)今为止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此(cǐ)之外，还(hái)有(yǒu)来(lái)自宇宙(zhòu)当(dāng)中最(zuì)古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景上留下(xià)了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的(de)部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景(jǐng)辐射(shè)的测(cè)量(liàng)值，我们(men)需(xū)要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动(dòng)所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了(le)很(hěn)多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不参与任何(hé)其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相互(hù)作用(yòng)。所以(yǐ)如(rú)果能够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就(jiù)相(xiāng)当于(yú)找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十(shí)种(zhǒng)的(de)假想目标(biāo)，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目(mù)标粒子(zi)所需要的(de)实验方式(shì)也不相同(tóng)。在过去的(de)几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到(dào)，几(jǐ)乎(hū)不会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任何(hé)实质(zhì)性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地(dì)学实(shí)验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到了(le)某种信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是(shì)人(rén)类发(fā)现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们(men)也在以这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年(nián)的时(shí)间(jiān)，地(dì)球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而(ér)在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这(zhè)是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系(xì)相对(duì)银河系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观测(淀粉勾芡后为什么会变稀，勾芡不泄汤的秘诀cè)到(dào)的周期性信号(hào)。当然(rán)也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度(dù)周期(qī)信(xìn)号的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量(liàng)也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以得到相(xiāng)同的(de)信号，就(jiù)可(kě)以(yǐ)成(chéng)为(wèi)暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目(mù)前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视(shì)场仪器提(tí)供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生(shēng)命的(de)诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化(huà)的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到进(jìn)一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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