宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发(fā)现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了(le)宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出(chū)现异常，不(bù)符(fú)合(hé)万有引力定律的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的(de)发现都(dōu)是应(yīng)用(yòng)万有引力(lì)定律所取得重(zhòng)大(dà)天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学(xué)家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数(shù)千个(gè)星系所组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其"光(guāng)度学的(de)质(zhì)量"，需(xū)要的(de)数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于星系(xì)团的运动速度(dù)。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消(xiāo)失了，或者(zhě)说(shuō)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。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发(fā)现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的(de)质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之(zhī)外了，除(chú)非有一种神秘(mì)的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们(men)对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没(méi)有足够(gòu)大(dà)的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科(kē)学家(jiā)们(men)会(huì)使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的(de)旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测(cè)量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定律。我们(men)的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河(hé)系中心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度(dù)应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于(yú)理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原(yuán)因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些(xiē)暗物质(zhì)的引力效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来(lái)越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释(shì)这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在(zài)一项新的(de)研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发(fā)现了(le)一(yī)个反(fǎn)常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多(duō)，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进(jìn)的(de)望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星(xīng)系存(cún)在(zài)。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引力(lì)的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是(shì)在数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的(de)物理定(dìng)律(lǜ)进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗(àn)物(wù)质假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于(yú)暗物(wù)质存在的其他的(de)理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部(bù)分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部(bù)分的质量将位于所有这些气(qì)体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通(tōng)过什么来(lái)验(yàn)证它的质量区域(yù)到底是(shì)不(bù)是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对(duì)子(zi)弹星(xīng)系(xì)团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个(gè)区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研(yán)究(jiū)也被认(rèn)为(wèi)是暗物(wù)质存(cún)在的迄(qì)今(jīn)为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在(zài)宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了戊时是几点，戊时是几点到几点钟的时各相(xiāng)同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对(duì)较冷的(de)区域，但实际(jì)上它(tā)们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学家们(men)通过对前景背(bèi)景分离后的二值(zhí)图像(xiàng)进(jìn)行连通域(yù)提取和标记(jì)之后发(fā)现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来(lái)不应该(gāi)是这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒(héng)星(xīng)运动所需要的暗物质(zhì)比例是一(yī)致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了(le)一个(gè)简(jiǎn)单的理(lǐ)论(lùn)框架(jià)，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒(lì)子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，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(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过(guò)去的几十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科(kē)学家们(men)已经(jīng)进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性(xìng)震荡(dàng)。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声称观(guān)测到了(le)某种信号。经过了20多(duō)年的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的(de)速(sù)度(dù)在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的(de)戊时是几点，戊时是几点到几点钟的时振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的(de)，而另外(wài)半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份(fèn)的(de)时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释(shì)，研究人(rén)员们所观测到(dào)的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节(jié)与之前(qián)的实验(yàn)室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验室是(shì)一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前(qián)还(hái)无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意味着人(rén)类(lèi)并(bìng)不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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