宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的(de)？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是(shì)什(shén)么？人(rén)类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的(de)几(jǐ)百年来(lái)，当天文学(xué)家们(men)发现某些天(茶名如鱼水是什么茶 如鱼水是什么品种tiān)体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律的时(shí)候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的(de)天体通过引力在摄动它(tā)的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一(yī)般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两种方法结(jié)果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量(liàng)"，需要的数(shù)据(jù)是测量各(gè)个(gè)星系(xì)的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于(yú)星系团(tuán)的运(yùn)动速度(dù)。当测量(liàng)结果(guǒ)出(chū)来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测(cè)量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中很多星系的(de)速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿(dùn)的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠(kào)这些(xiē)可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部分不(bù)可(kě)见的暗质(zhì)，它(tā)不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据(jù)着宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)绝大部(bù)分的(de)质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才(cái)再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的(de)质量来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心(xīn)的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了(le)距(jù)离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿(dùn)的(de)力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的(de)速(sù)度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于理论速度，那么(me)产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距(jù)离(lí)地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但(dàn)是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星(xīng)数量却(què)只有银河系(xì)的千(qiān)分之一(yī)。

所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们(men)使用最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发(fā)现星系(xì)中的(de)恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么(me)又(yòu)有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对(duì)引力(lì)的(de)理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中的(de)天体会沿着它们(men)的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式(shì)。对(duì)于(yú)在星系团之间的(de)相互作用，科学家(jiā)还引入了外(wài)部(bù)场效(xiào)应的概念，指的(de)是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对(duì)现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多(duō)人认为(wèi)暗(àn)物(wù)质假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系(xì)团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分(fēn)的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的(de)中间(jiān)区域。那(nà)么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它的质(zhì)量区(qū)域(yù)到底(dǐ)是不是(shì)集(jí)中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片中我们(men)可以明显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实(shí)这些星系(xì)本身(shēn)并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什(shén)么问题(tí)，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球上的观(guān)测者之间(jiān)。被(bèi)一(yī)个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星(xīng)系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质(zhì)量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时(shí)候，发现它的大(dà)质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而(ér)是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释方(fāng)法就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力透镜研(yán)究也(yě)被(bèi)认为是暗(àn)物质存在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了(le)各(gè)相同性的微(wēi)波(bō)辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区(qū)域(yù)，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背(bèi)景分(fēn)离后的二值(zhí)图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这样(yàng)的(de)，而随着(zhe)暗物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗(àn)物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒(héng)星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类(lèi)型的(de)粒(lì)子，它们(men)不参与(yǔ)任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互(hù)作用。所(suǒ)以(yǐ)如果(guǒ)能(néng)够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到(dào)了暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的(de)实(shí)验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的地学(xué)实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发(fā)现(xiàn)了(le)一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质(zhì)的第(dì)一(yī)个直(zhí)接证据(jù)。

但是(shì)为什么(me)暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的(de)速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完(wán)全(quán)一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其(qí)他(tā)的情况(kuàng)，造成(chéng)这(zhè)种年度(dù)周(zhōu)期信号的差(chà)异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动特征和第一个实(shí)验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的(de)信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的(de)非常有(yǒu)力的(de)证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的(de)用途(tú)就是探索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如(rú)果暗(àn)物质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴(bàn)们(men)，你们(men)觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的(de)动(dòng)力(lì)！

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