宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会(huì)存在(zài)科学无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过(guò)去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学(xué)数学(xué)原(yuán)理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了(le)万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的(de)规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通(tōng)过引力(lì)在(zài)摄(shè)动它(tā)的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且发(fā)现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系(xì)团(tuán)的(de)质量一般(bān)会(huì)使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确(què)定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不以可(kě)见(jiàn)光的(de)形式所存(cún)在(zài)，我们无(wú)法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量(liàng)。只是当时的人(rén)们对(duì)这样的(de)一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后(hòu)，“暗物(wù)质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特(tè)在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足够(gòu)大的质量(liàng)来(lái)吸(xī)引它(tā)们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家(jiā)们(men)会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银(yín)河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速度(dù)的原(yuán)因(yīn)很可(kě)能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗(àn)物(wù)质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可以解释这个(gè)现象的原因。在(zài)一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发(fā)现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是星系当中存(cún)在的恒星数(shù)量却(què)只有(yǒu)银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗(àn)物质(zhì)，否(fǒu)则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来(lái)解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没有任何(hé)星系(xì)存在(zài)。造(zào)成这些现象的(de)除了(le)暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式(shì)是不同的(de)，这(zhè)意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理解的(de)方(fāng)式(shì)运(yùn)动(dòng)。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团的(de)尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的(de)相互(hù)作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的(de)概(gài)念，指的(de)是在数百万光年的规(guī)模上，巨大(dà)的(de)质量之间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需(xū)要(yào)对现在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在(zài)的其(qí)他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们(men)大部分(fēn)的(de)普通质(zhì)量(liàng)都在(zài)星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体(tǐ)所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集(jí)中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们(men)地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大(dà)质量的(de)黑洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并不是(shì)在(zài)中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团(tuán)的(de)引(yǐn)力(lì)透镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了(le)130多(duō)亿(yì)年(nián)之后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域(yù)，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二(èr)值(zhí)图(tú)像进(jìn)行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗物质(zhì)，图(tú)形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释(shì)星(xīng)系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存(cún)在(zài)着(zhe)某种(zhǒng)类(lèi)型的粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到(dào)了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到(dào)底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常(cháng)规(guī)物质相(xiāng)互(hù)作用的(de)“暗(àn)物质(zhì)”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的(de)周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数(shù)据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人(rén)类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一(yī)个(gè)直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速(sù)度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年(nián)的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的(de)方向(xiàng)与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情(qíng)况(kuàng)中，太(tài)阳(yáng)系相对银河(hé)系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客(kè)的数量也符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物(wù)质(zhì)流(liú)的运动(dòng)特(tè)征(zhēng)和第一个实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个(gè)实验室刚(gāng)刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但(dàn)它(tā)的宽视(shì)场(chǎng)仪(yí)器提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科(kē)学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不(bù)会(huì)意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗(àn)物质到(dào)底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢(huān)请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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