宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何(hé)会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次(cì)的(de)长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有发现任何(hé)的(de)有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲(zhé)学(xué)数学原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力(lì)定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过(guò)引力在(zài)摄动(dòng)它(tā)的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星运行轨道的(de)异(yì)常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成(chéng)就的(de)例子。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度(dù)，事情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这是(shì)一(yī)个(gè)由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系(xì)被(bèi)引力束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个星系(xì)的光度(dù)。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的(de)各(gè)个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或俄罗斯为啥打不赢乌克兰，乌克兰为什么这么难打者说(shuō)这99%的(de)质量(liàng)并不以(yǐ)可见(jiàn)光的(de)形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系的速度(dù)比理论(lùn)上(shàng)要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系(xì)的质量(liàng)所产生的(de)引力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出(chū)星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹(zī)维(wéi)基(jī)提出了这样部(bù)分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量。只是(shì)当(dāng)时(shí)的人们对这样的(de)一(yī)种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才(cái)再(zài)一(yī)次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星(xīng)在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会(huì)越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的(de)增加(jiā)，恒(héng)星(xīng)的(de)旋转速度几乎(hū)保持不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围的(de)恒星(xīng)早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家(jiā)们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中(zhōng)心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的(de)力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系(xì)的(de)第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系(xì)旋转，这(zhè)个实(shí)际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的(de)原(yuán)因很(hěn)可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的(de)研究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学(xué)家根据(jù)星系(xì)外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度(dù)，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星(xīng)系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解(jiě)释(shì)这(zhè)个(gè)现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的(de)研究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎(hū)没有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须(xū)存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们(men)使(shǐ)用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪(guài)的是，它的(de)附(fù)近(jìn)没(méi)有(yǒu)任何星系(xì)存(cún)在。造成这些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的(de)理(lǐ)解还不够(gòu)全(quán)面，引(yǐn)力很可能(néng)在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天俄罗斯为啥打不赢乌克兰，乌克兰为什么这么难打体会(huì)沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系和星团的(de)尺度，引力(lì)之间的相互作用则(zé)是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入(rù)了外部(bù)场效应的概念，指的(de)是在数百万光年(nián)的规模(mó)上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团大(dà)部分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域(yù)。那么(me)我们通过什么(me)来验证它(tā)的质量区(qū)域到底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身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(wǒ)们(men)地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西的引力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是(shì)当星团发(fā)生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了(le)这(zhè)个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些(xiē)光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背景上(shàng)留(liú)下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的(de)部分表示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科(kē)学家们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域提(tí)取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论(lùn)框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗(àn)物质的本质就是宇宙当(dāng)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(yòng)，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到(dào)底是(shì)什(shén)么？科(kē)学家们已经提(tí)出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要(yào)的(de)实验方式也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的(de)科学家声称(chēng)观(guān)测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每(měi)年的(de)6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一(yī)些科(kē)学家认为这(zhè)可能(néng)是(shì)人类(lèi)发现暗(àn)物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地(dì)球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好达到完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流最快的时(shí)段。而(ér)在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银(yín)河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们所观测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可(kě)能(néng)有其他的情况(kuàng)，造(zào)成(chéng)这种年(nián)度周期信(xìn)号的差异(yì)也(yě)可(kě)能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质流的(de)运(yùn)动特征和(hé)第一个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台(tái)新(xīn)的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物质背后的奥(ào)秘(mì)，对(duì)于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们(men)极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到(dào)进一步(bù)的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要(yào)先找到暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们觉(jué)得暗(àn)物质到底(dǐ)存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支(zhī)持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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