宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)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(dàn)是(shì)却(què)没有发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一(yī)个地(dì)方(fāng)，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合(hé)万(wàn)有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的(de)天体通过引力(lì)在摄动(dòng)它(tā)的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应(yīng)用万(wàn)有引力(lì)定律所取得(dé)重大天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在(zài)研(yán)究和(hé)测(cè)量后发星系(xì)团的质量。这是一个(gè)由数千个星系(xì)所组成的(de)巨(jù)大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一般(bān)会使(shǐ)用到(dào)两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其(qí)质量的范(fàn)围(wéi)。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的(de)质量"，需要的(de)数据是测量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的(de)计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系(xì)相对(duì)于(yú)星(xīng)系团的运动速度(dù)。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光(guāng)的形式(shì)所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系的(de)质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们(men)束(shù)缚在星系(xì)团(tuán)内的，它(tā)们早(zǎo)就(jiù)应该被(bèi)抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘(mì)的(de)力(lì)量在起作用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样(yàng)的一(yī)种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词(cí)才(cái)再一次出(chū)现。天(tiān)文(wén)学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中的(de)恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结(jié)果(guǒ)却(què)让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足(zú)够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的(de)方法来(lái)解释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测(cè)量星系(xì)当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的(de)结果，就认(rèn)为是(shì)由(yóu)暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转速度并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度(dù)应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心(xīn)加(jiā)速(sù)度的原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看不(bù)到(dào)的物质，是(shì)这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度(dù)上的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家(jiā)还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测(cè)量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也(yě)许该星系的(de)暗物质(zhì)，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间(jiān)中(zhōng)的工(gōng)作方式是(shì)不(bù)同的(de)，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同(tóng)的方式。对(duì)于在(zài)星(xīng)系团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科学家(jiā)还引入(rù)了外部(bù)场效应的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光(guāng)年(nián)的(de)规(guī)模上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需(xū)要对现(xiàn)在的(de)物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有关于暗(àn)物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的(de)星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星(xīng)系的(de)气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的(de)相互作用就会导致(zhì)温(wēn)度的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降低。大π键电子数的计算方法，大π键电子数怎么看所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么我们通过什(shén)么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们(men)可以明显地(dì)看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观(guān)测(cè)的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这(zhè)个区域，并在两边形成(chéng)了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，大π键电子数的计算方法，大π键电子数怎么看38万(wàn)年之(zhī)后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了(le)各(gè)相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分(fēn)表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和(hé)标记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样(yàng)的(de)，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰(fēng)值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星(xīng)系(xì)当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗(àn)物(wù)质(zhì)比例是一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在(zài)着某种类型的(de)粒子，它们(men)不参(cān)与(yǔ)任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子(zi)到底是(shì)什(shén)么？科学(xué)家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需(xū)要的实验方(fāng)式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实(shí)质性的发(fā)现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的(de)地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的(de)探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在(zài)20年当中每年(nián)都是一样。一(yī)些科学(xué)家认为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗(àn)物质(zhì)会(huì)产生周期(qī)性(xìng)的(de)年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流(liú)，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好达(dá)到完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对(duì)银河系(xì)的(de)平(píng)面呈现了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(zhè)可以用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号(hào)的差异(yì)也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也(yě)符合这个周期(qī)的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半(bàn)球建立了(le)一个几(jǐ)乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节(jié)与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特(tè)征和第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法提供(gōng)相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的(de)用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极(jí)有可(kě)能拥有另(lìng)一(yī)种神秘的效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实(shí)，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意(yì)味着人(rén)类(lèi)并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗(àn)物(wù)质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动力(lì)！

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