宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们(men)在过去的几十年(nián)当(dāng)中进行了(le)超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现任何的(de)有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现(xiàn)某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就会(huì)知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通(tōng)过(guò)天(tiān)王星运(yùn)行轨道(dào)的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都(dōu)是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后(hòu)发星系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可(kě)以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动(dòng)力学(xué)质量的计(jì)算，是利(lì)用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中的各个(gè)星系相对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系的速(sù)度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的(de)质(zhì)量所产(chǎn)生的引力(lì)是无法将它们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们(men)早就(jiù)应该被(bèi)抛(pāo)出星(xīng)系团之外(wài)了，除非有一种神(shén)秘的(de)力(lì)量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾(gù)。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女座星(xīng)系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人(rén)感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星系当中如果(guǒ)没有足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用一(yī)种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存(cún)在，这种方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离(lí)星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的(de)力学定律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实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原因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时(shí)开始(shǐ)，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开始相信暗(àn)物质的(de)存在。科(kē)学家根据(jù)星系(xì)外(wài)恒星轨(guǐ)道(dào)的速度(dù)，估算在星(xīng)系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会(huì)出(chū)现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测(cè)量(liàng)之(zhī)后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么(me)又有人(rén)提(tí)出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一(yī)个(gè)大(dà)星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的(de)除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之(zhī)外(wài)，另一(yī)种(zhǒng)可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理解还不(bù)够全面，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式(shì)运(yùn)动(dòng)。但是上(shàng)升到星(xīng)系和(hé)星团的尺(chǐ)度(dù)，引力(lì)之间的相(xiāng)互(hù)作用则是(shì)不同的方式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的(de)是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需(xū)要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他(tā)的理论证据(jù)，这些理论证据(jù)是(shì)蒙(méng)德(dé)理论(lùn)所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系(xì)团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团大部分的(de)质量将一二大写字怎么写千，大写的壹贰叁到十位于所有这些气(qì)体所在的中间区(qū)域。那么(me)我们(men)通过(guò)什么来验证它(tā)的质量区域(yù)到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的(de)高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本身并(bìng)不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什(shén)么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远一二大写字怎么写千，大写的壹贰叁到十的天体(tǐ)和我们地球上的(de)观(guān)测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大(dà)质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能(néng)是(shì)超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不(bù)是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的(de)解释(shì)方法就是当星团(tuán)发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过(guò)了(le)这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的(de)引力透(tòu)镜研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可(kě)见光终于可(kě)以(yǐ)畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分(fēn)离(lí)后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提(tí)取和(hé)标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应(yīng)该是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星(xīng)系当中恒星运(yùn)动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用(yòng)了(le)一(yī)个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是(shì)什(shén)么(me)？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也不相同。在过(guò)去的几十(shí)年当中，人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过(guò)50次的实(shí)验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的(de)地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着(zhe)地(dì)球上最大的(de)地学实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的(de)科(kē)学家(jiā)声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年(nián)的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最(zuì)低(dī)，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的(de)第(dì)一个直接证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们(men)讲(jiǎng)了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也(yě)在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与太阳(yáng)的(de)方向正好(hǎo)达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银(yín)河系(xì)的平面(miàn)呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效(xiào)性。

因(yīn)此(cǐ)科学(xué)家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能(néng)有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号(hào)的(de)差异(yì)也(yě)可(kě)能是(shì)温度、湿度(dù)、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(zhè)个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前(qián)的实(shí)验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果(guǒ)在(zài)这(zhè)里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视(shì)场仪(yí)器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中一个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物(wù)质(zhì)会不会意味(wèi)着人(rén)类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个(gè)角落的(de)行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这(zhè)样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙(huǒ)伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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