宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的(de)？为(wèi)何会存在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科(kē)学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动的规(guī)律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学(xué)家(jiā)们(men)发现(xiàn)某(mǒu)些(xiē)天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力(lì)在(zài)摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应(yīng)用(发字有几画，发字有几画五行什么yòng)万有(yǒu)引力定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发(fā)现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当(dāng)我们上升(shēng)到星(xīng)系(xì)或者是(shì)星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质(zhì)量。这是(shì)一个由数(shù)千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一(yī)般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个(gè)星(xīng)系的(de)光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系(xì)相(xiāng)对于(yú)星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测(cè)量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系(xì)团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星(xīng)系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系的(de)质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的(de)，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除(chú)非有一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这(zhè)样部分不(bù)可见的(de)暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的(de)质量。只是(shì)当(dāng)时(shí)的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们(men)观测的(de)结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有(yǒu)足(zú)够大(dà)的质量(liàng)来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的(de)存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是(shì)测量(liàng)星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更(gèng)远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位(wèi)于(yú)银(yín)河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应(yīng)该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系(xì)旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能就是(shì)存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多(duō)的研(yán)究人员开始相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家(jiā)根(gēn)据星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个(gè)星系(xì)质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项新的(de)研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时(shí)的详细测(cè)量之后，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物(wù)质和力学(xué)定律来解释的(de)。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的(de)另一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造(zào)成这(zhè)些(xiē)现象的除(chú)了(le)暗物(wù)质(zhì)的(de)假说之(zhī)外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度(dù)中的天体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星(xīng)团(tu发字有几画，发字有几画五行什么án)的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认为(wèi)暗(àn)物质假(jiǎ)说理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的(de)“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都(dōu)在(zài)星系的(de)气体(tǐ)当中。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急(jí)剧(jù)升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子(zi)弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的(de)质量区域到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第一(yī)张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨(jù)大(dà)的(de)天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的(de)天体可能(néng)是超(chāo)大(dà)质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时(shí)候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域(yù)并不是(shì)在(zài)中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的(de)解释(shì)方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接通(tōng)过了(le)这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最(zuì)古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的(de)温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这(zhè)样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例是一(yī)致的(de)。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观(guān)测(cè)结果。而暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不参(cān)与任何其他(tā)的电(diàn)磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经(jīng)提出了数(shù)十种的假想目标，而要(yào)寻(xún)找这些不(bù)同的目(mù)标粒子(zi)所需(xū)要的实验(yàn)方式也不相同。在(zài)过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进(jìn)行了(le)超过50次的实(shí)验，却没(méi)有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一(yī)样(yàng)。一些科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可能是人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系(xì)正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕(rào)着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那(nà)么(me)如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也(yě)在(zài)以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候(hòu)，地球(qiú)与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到(dào)完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最(zuì)快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了(le)最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系的平面呈现了(le)60度的(de)倾(qīng)斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来(lái)解释，研(yán)究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号的差异也可(kě)能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也(yě)符(fú)合这个周期的(de)规律。

所以，科(kē)学家们(men)又(yòu)在南半球建立(lì)了一个(gè)几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物(wù)质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于(yú)这个(gè)实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当(dāng)中生(shēng)命的(de)诞生，或(huò)者说是(shì)生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进(jìn)一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物质会不会意(yì)味着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通过这样的(de)效(xiào)应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在的(de)实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的动力！

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