宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的(de)？为(wèi)何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)进行(xíng)了超过(guò)50次的长期(qī)实(shí)验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了(le)万有引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一(yī)定有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推(tuī)算并(bìng)且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用(yòng)万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例子(zi)。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在(zài)研究和(hé)测量后发星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引(yǐn)力(lì)束(shù)缚在一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其(qí)质量(liàng)的(de)范围。

第一(yī)种是(shì)获得其"光度学的(de)质量"，需要(yào)的数(shù)据(jù)是测量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在(zài)测量速(sù)度(dù)的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多(duō)，按(àn)照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在(zài)星(xīng)系团内的(de)，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘(mì)的力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们(men)对这(zhè)样(yàng)的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词(cí)才再一(yī)次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不(bù)变(biàn)。可(kě)是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它(tā)们(men)，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相(xiāng)对标(biāo)准的方(fāng)法来(lái)解释(shì)暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系(xì)当中(zhōng)气体在(zài)X轴上(shàng)距离星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进(jìn)入(rù)其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的(de)运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心加速(sù)度(dù)的原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的(de)物质(zhì)，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物(wù)质(zhì)的质量占(zhàn)整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的(de)原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速(sù)度上的微小差异(yì)。另(lìng)外(wài)，天(tiān)文学家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做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，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有(yǒu)银河(hé)系(xì)的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发(fā)现星系中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用正常的(de)物质和力学定律来(lái)解释的。那(nà)么又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在(zài)。造(zào)成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全(quán)面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式(shì)是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的(de)轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的(de)方式运动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用(yòng)则是不(bù)同的方式。对于(yú)在星(xīng)系(xì)团之间的相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的(de)概念，指的(de)是在数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存在的其(qí)他(tā)的(de)理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部分的普通(tōng)质(zhì)量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气体的相互(hù)作用就会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部分的质(zhì)量将位于(yú)所有(yǒu)这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区(qū)域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么来(lái)验证它(tā)的质(zhì)量区域(yù)到底是不是集(jí)中在(zài)中间呢(ne)？前(qián)不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其(qí)实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存(cún)在的(de)迄(qì)今为(wèi)止最好(hǎo)的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)。

除此之(zhī)外，还(hái)有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下了(le)各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们(men)之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前(qián)景背景分离后的二值(zhí)图(tú)像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来(lái)不(bù)应该是这样的，而随偶数有负数吗数，偶数有负数吗偶数组成的集合描述法着暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释(shì)星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要(yào)的暗物质比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了(le)很多不同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的(de)本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任何(hé)其(qí)他的电磁(cí)作用(yòng)，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能(néng)够(gòu)找到这种粒子的(de)存在，就(jiù)相当于(yú)找(zhǎo)到(dào)了暗物质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式(shì)也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进行了超过(guò)50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个(gè)地(dì)方(fāng)，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学(xué)实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三(sān)层楼高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些(xiē)科(kē)学家认为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗物质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕着银(yín)河系(xì)进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另(lìng)外半年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时(shí)候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系(xì)相对银(yín)河系(xì)的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不(bù)影(yǐng)响这个(gè)理论的(de)有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年(nián)度(dù)周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客(kè)的数量也符合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和(hé)第(dì)一(yī)个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的非常(cháng)有力(lì)的证据(jù)了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目(mù)以待了(le)。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极(jí)有可(kě)能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是(shì)生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造(zào)生命(mìng)。当然(rán)，这(zhè)些推(tuī)论的大(dà)前(qián)提是要先找到暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是(shì)我更新的动力！

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