宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人类为(wèi)了寻(xún)找暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却(què)没有发(fā)现任何的(de)有效证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在(zài)1687年出(chū)版的(de)自(zì)然哲(zhé)学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规律(lǜ)。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家们发(fā)现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定(dìng)律的(de)时候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道禧与喜的区别是什么，喜字logo设计的异常，推算并且(qiě)发现了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发现都是应(yīng)用万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就的例(lì)子(zi)。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可(kě)当我们上(shàng)升(shēng)到(dào)星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗(fú)里(lǐ)茨兹(zī)威(wēi)基正在(zài)研究和测量后(hòu)发星系(xì)团的质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是(shì)获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个(gè)星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)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(zuì)诡异(yì)的是，在测(cè)量速度的(de)过程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系(xì)的速度(dù)比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无(wú)法将它们(men)束缚在(zài)星系团内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团(tuán)之(zhī)外(wài)了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)力量在(zài)起作用，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝(jué)大部分的(de)质量。只是当时的人们对这样(yàng)的(de)一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观(guān)测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来(lái)说，距(jù)离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的(de)运行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们观测(cè)的(de)结果(guǒ)却(què)让人感到不(bù)可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的(de)增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方(fāng)法来(lái)解释暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度。如(rú)果(guǒ)出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星(xīng)系中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂(bì)之(zhī)上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行(xíng)速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)银河系(xì)旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到(dào)的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的(de)引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学(xué)家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在(zài)的(de)恒星数量却只有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的(de)望远镜对(duì)其进行了40个小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后(hòu)，发现(xiàn)星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运动是(shì)可(kě)以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一(yī)个(gè)大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质(zhì)的假(jiǎ)说之外(wài)，另一(yī)种可(kě)能(néng)就是人类对引力的理解(jiě)还不(bù)够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作(zuò)方式(shì)是不同的，这意味着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)理解的方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)需(xū)要对现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的(de)理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向(xiàng)距(jù)离(lí)为37亿(yì)光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分的(de)普通质量都在(zài)星系的(de)气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体(tǐ)的(de)相(xiāng)互作用就会(huì)导致(zhì)温度(dù)的急剧(jù)升高(gāo)，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的(de)质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们可(kě)以(yǐ)明(míng)显地看(kàn)到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的(de)天(tiān)体和我们地球(qiú)上的(de)观测者(zhě)之(zhī)间。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个(gè)现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的(de)时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区(qū)域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被(bèi)认为(wèi)是(shì)暗(àn)物(wù)质存在的迄今为止最好的(de)理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多(duō)亿年之(zhī)后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下(xià)了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质(zhì)，图(tú)形看起来(lái)不应该是这样的，而(ér)随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了(le)很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们(men)不参与任何其他(tā)的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么(me)？科学家们已经(jīng)提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同的目标粒(lì)子所需(xū)要的实验(yàn)方式(shì)也不(bù)相同(tóng)。在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的地(dì)学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过(guò)了20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能(néng)是(shì)人类发现暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物(wù)质会产(chǎn)生周期性(xìng)的(de)年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个(gè)过(guò)程中会产生相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系(xì)的(de)方向是一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)正好达到完(wán)全一(yī)致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研(yán)究人员们所观(guān)测到的周期(qī)性信号。当然(rán)也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这(zhè)个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学家们(men)又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实(shí)验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存(cún)在的(de)非(fēi)常有力的证据了(le)。但是由于(yú)这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目(mù)前还无法提供相应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台(tái)太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物(wù)理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着(zhe)人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的(de)效应创造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大(dà)前(qián)提是要先找到暗(àn)物质存在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质到底存(cún)不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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