宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟(jìng)是(shì)什么(me)？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)进行了(le)超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道(dào)出现异常，不(bù)符合万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知(zhī)的(de)天(tiān)体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算并且发(fā)现了(le)海(hǎi)王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星(xīng)系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着(zhe)，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡(guǐ)异的(de)是，在测(cè)量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系(xì)团(tuán)中很多(duō)星使我不得开心颜上一句是什么系的速度比理论(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(liàng)所产生的引力(lì)是无(wú)法将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力(lì)量在(zài)起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维(wéi)基提出(chū)了这样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却(què)占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质(zhì)量。只是(shì)当时的人们(men)对这样的一(yī)种说法(fǎ)不(bù)屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学(xué)家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动。理论上(shàng)来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的(de)恒(héng)星早就被(bèi)甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的(de)存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出现异常的(de)结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质的(de)力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)更远距离的(de)氢(qīng)元素(sù)，发现它们的(de)旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计(jì)算(suàn)，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大(dà)于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到(dào)的(de)物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的(de)存在(zài)。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估算在(zài)星系当中暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可以(yǐ)解释这个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系(xì)不多，但是(shì)星(xīng)系(xì)当中存在的恒(héng)星数量却(què)只有银(yín)河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系(xì)必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个(gè)小时的详细(xì)测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学(xué)定律来解释的。那么(me)又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的(de)是(shì)，它(tā)的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理(lǐ)解还不够全(quán)面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们(men)的轨道(dào)，按照(zhào)我(wǒ)们所(suǒ)理解(jiě)的方(fāng)式运动(dòng)。但(dàn)是上升(shēng)到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系(xì)团之间(jiān)的相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多(duō)人(rén)认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德(dé)理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体(tǐ)的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)就会导致温(wēn)度的(de)急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系(xì)团(tuán)大部分的质(zhì)量将(jiāng)位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的(de)质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地(dì)看到很多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其(qí)实(shí)这(zhè)些星系本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们(men)地球上的(de)观测者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的(de)东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系(xì)的(de)光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量(liàng)气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗(àn)物质存(cún)在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古老的(de)光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景(jǐng)上(shàng)留下了(le)各(gè)相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分(fēn)离(lí)后的二值图像进(jìn)行连(lián)通(tōng)域提取和标记(jì)之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的(de)测(cè)量值，我们(men)需(xū)要的(de)暗物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解释了很多(duō)不(bù)同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质的(de)本(běn)质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不(bù)同的(de)目(mù)标(biāo)粒子所需要的(de)实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不(bù)见、摸(mō)不到(dào)，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行了(le)超(chāo)过(guò)50次(cì)的实验，却(què)没有任何(hé)实质(zhì)性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器(qì)，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声(shēng)称(chēng)观测到(dào)了某种信(xìn)号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到(dào)最(zuì)低(dī)，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能(néng)是(shì)人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着(zhe)银河(hé)系(xì)进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们(men)也在以这样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到(dào)的(de)周期性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周期(qī)信(xìn)号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符(fú)合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的(de)季节与之(zhī)前的实(shí)验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力的证据(jù)了(le)。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至(zhì)目前还(hái)无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支(zhī)持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器(qì)提(tí)供的视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是(shì)探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒(lì)子(zi)天体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一(yī)种神(shén)秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说(shuō)是生(shēng)命(mìng)进化的(de)一个(gè)重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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