宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存(cún)在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什(shén)么(me)？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了(le)超过(guò)50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的(de)规律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合(hé)万有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有未知(zhī)的天体通过(guò)引(yǐn)力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都(dōu)是(shì)应用(yòng)万有(yǒu)引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上(shàng)升到星(xīng)系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威(wēi)基正在研(yán)究和(hé)测量后发(fā)星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的(de)数据是测量(liàng)各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学(xué)质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当(dāng)测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基(jī)提出了(le)这样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人(rén)们(men)对(duì)这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星(xīng)在其(qí)轨道(dào)上的运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中如(rú)果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们(men)会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的方法来解释(shì)暗(àn)物(wù)质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的(de)力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距(jù)离(lí)银(yín)河(hé)系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进(jìn)行计算，太(tài)阳系的(de)运行(xíng)速(sù)度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质的(de)引力(lì)效应将星系聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗(àn)物(wù)质的(de)存在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另(lìng)外，天(tiān)文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的(de)千分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星(xīng)系(xì)存(cún)在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除(chú)了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用(yòng)则(zé)是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的(de)相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要(yào)对现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也(yě)让很(hěn)多人(rén)认(rèn)为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物(wù)质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法解释的(de)“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分(fēn)的质量(liàng)将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们(men)通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是(shì)集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中(zhōn一周期是什么意思是多少天g)第一张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到很多星系(xì)似(shì)乎被(bèi)拉(lā)伸产生了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者(zhě)之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系(xì)的(de)光都发生了(le)扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的(de)大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。经(jīng)过了(le)130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留(liú)下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部(bù)分表示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷的(de)区域(yù)，但实际(jì)上它们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的(de)二值(zhí)图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们(men)需(xū)要的(de)暗(àn)物(wù)质(zhì)大(dà)约(yuē)是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比例是一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个(gè)简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了(le)很多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗(àn)物(wù)质的(de)本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型(xíng)的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。这种(zhǒng)粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假(jiǎ)想目(mù)标，而(ér)要(yào)寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过(guò)50次的(de)实(shí)验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发(fā)现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年(nián)都是一(yī)样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可能(néng)是人类发现暗(àn)物质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河(hé)系进(jìn)行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也在以这(zhè)样的(de)速度在穿越(yuè)着暗(àn)物(wù)质流(liú)，这(zhè)个(gè)过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环(huán)绕银(yín)河系的(de)方向是(shì)一致的，而(ér)另(lìng)外半(bàn)年(nián)则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的(de)方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。一周期是什么意思是多少天尽(jǐn)管(guǎn)在实(shí)际(jì)的情况中，太阳系相对银河系(xì)的(de)平(píng)面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员(yuán)们(men)所观(guān)测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山(shān)上(shàng)的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学(xué)家们又在南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之(zhī)前的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第(dì)一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了(le)。但是(shì)由(yóu)于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据(jù)支持(chí)。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探(tàn)测(cè)的(de)结果(guǒ)，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科(kē)学(xué)家丹(dān)琥珀(pò)和贾(jiǎ)森(sēn)斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的(de)一个重要因素(sù)。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会(huì)不会意味(wèi)着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是(shì)要(yào)先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力(lì)！

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