宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会存(cún)在科学无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们(men)在过去(qù)的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是(shì)却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的(de)例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系(xì)或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在(zài)研究和测量后发星系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量(liàng)一般(bān)会(huì)使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结(jié)果一(yī)致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得其"光(guāng)度(dù)学的质量(liàng)"，需(xū)要(yào)的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系(xì)团的运动速(sù)度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们(men)无法看(kàn)到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度(dù)的(de)过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质(zhì)量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们早就(jiù)应(yīng)该被(bèi)抛出星(xīng)系(xì)团之外了(le)，除非有一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量(liàng)来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却(què)占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不(bù)变(biàn)。可(kě)是(shì)根据牛顿的(de)万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没(méi)有足够大的(de)质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度(dù)。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距离星系(xì)中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们(men)的太阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第(dì)三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一(yī)种我们(men)看不(bù)到的(de)物(wù)质，是这(zhè)些(xiē)暗物质(zhì)的(de)引力(lì)效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的(de)存在。科(kē)学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估算(suàn)在星系当中暗(大闸蟹吃公的好还是母的好，大闸蟹公的好还是母蟹好àn)物质的质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却只有银(yín)河(hé)系(xì)的千分(fēn)之一(yī)。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的详细测量之后(hòu)，发现星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动是(shì)可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那么(me)又有人(rén)提出，也许(xǔ)该(gāi)星(xīng)系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没(méi)有任何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外(wài)，另一(yī)种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引力的理解还不够(gòu)全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则(zé)是不同的(de)方式(shì)。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大(dà)的(de)质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立(lì)，这意味着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定(dìng)律进行修正，这些(xiē)发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当(dāng)中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际(jì)气(qì)体(tǐ)的相互(hù)作(zuò)用就会导致温(wēn)度(dù)的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的(de)高清照(zhào)片(piàn)，在(zài)照片中我(wǒ)们可(kě)以明显地(dì)看到(dào)很多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本(běn)身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量(liàng)的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天体可能(néng)是超大质量(liàng)的(de)黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现它的大质量区(qū)域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了(le)这个(gè)区域，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外大闸蟹吃公的好还是母的好，大闸蟹公的好还是母蟹好，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古(gǔ)老(lǎo)的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的(de)部分表(biǎo)示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上(shàng)它(tā)们(men)之间(jiān)的(de)温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起(qǐ)来(lái)不(bù)应该是这样(yàng)的(de)，而随(suí)着暗(àn)物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的(de)观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在(zài)着某种类(lèi)型的粒(lì)子(zi)，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如(rú)果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的(de)实验方式也不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有(yǒu)任何实质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来(lái)，这里(lǐ)的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然(rán)后(hòu)在(zài)11月降(jiàng)到(dào)最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这(zhè)可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什(shén)么暗(àn)物质会(huì)产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移(yí)动(dòng)，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时(shí)地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半(bàn)年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与太(tài)阳的(de)方(fāng)向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可(kě)以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其(qí)他(tā)的(de)情况(kuàng)，造成这种年度周期信号(hào)的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山(shān)上(shàng)的积(jī)雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客的(de)数量也(yě)符合这个周(zhōu)期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗(àn)物质流(liú)的运动(dòng)特征(zhēng)和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非(fēi)常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供相应的数(shù)据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同(tóng)，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的(de)结(jié)果，我们只能拭目以待了(le)。费米实(shí)验(yàn)室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些(xiē)推论(lùn)的大(dà)前提是要先(xiān)找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新的动力！

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