宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科(kē)学家们在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的(de)有效证据(jù)。除(chú)了(le)一(yī)个地方，在1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天(tiān)文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团(tuán)中的各(gè)个(gè)星系相对(duì)于星(xīng)系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发(fā)座星系团(tuán)有99%的(de)质量消(xiāo)失了(le)，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不以(yǐ)可(kě)见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹(zī)威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要(yào)快得多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的(de)运(yùn)动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见(jiàn)星系(xì)的(de)质量所(suǒ)产生(shēng)的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道(dào)上(shàng)的(de)运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不(bù)变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系(xì)当中气(qì)体(tǐ)在X轴上(shàng)距离(lí)星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如果出现异常的(de)结(jié)果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于(yú)是(shì)科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了(le)距离(lí)星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是(shì)160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速(sù)度，那么(me)产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引力(lì)效应(yīng)将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速(sù)度上的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发(fā)现了一个(gè)反常(cháng)的(de)星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不(bù)多，但(dàn)是星系(xì)当(dāng)中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学(xué遥控蝴蝶是什么样的，遥控蝴蝶的作用)家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对(duì)其进行了(le)40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也(yě)许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近没有任何星系(xì)存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解的(de)方式运动。但是上升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于(yú)在星(xīng)系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味(wèi)着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也(yě)让很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是(shì)在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的(de)普通质(zhì)量都在星系的(de)气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温度的(de)急剧升高，速(sù)度(dù)大幅(fú)降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大(dà)部(bù)分的(de)质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么(me)我们通过什么来验证它(tā)的(de)质量区(qū)域(yù)到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以明显地看到很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本(běn)身并(bìng)不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星(xīng)系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的(de)解释方法就是(shì)当星(xīng)团发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并(bìng)在两边形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研(yán)究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了(le)各相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其(qí)中红色的部(bù)分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对(duì)较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际(jì)上它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们(men)通过对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来(lái)不应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背(bèi)景辐射(shè)的(de)测量值(zhí)，我们需(xū)要的(de)暗物(wù)质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒(héng)星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物(wù)质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型的粒子(zi)，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的(de)实际证据(jù)。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需(xū)要的实(shí)验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上(shàng)最大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自(zì)1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多(duō)年的(遥控蝴蝶是什么样的，遥控蝴蝶的作用de)数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系(xì)相对银河系的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响(xiǎng)这(zhè)个理论的(de)有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年(nián)度(dù)周期(qī)信(xìn)号的差(chà)异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中(zhōng)的水分(fēn)、高(gāo)山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游客的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的(de)季节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动(dòng)特(tè)征和(hé)第(dì)一个实验室是(shì)一(yī)样的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果在这(zhè)里可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在的(de)非常有力(lì)的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至(zhì)目前还无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望(wàng)远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目(mù)以待(dài)了。费米(mǐ)实(shí)验室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心(xīn)的(de)科(kē)学(xué)家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它(tā)们极有可能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一步(bù)的证实(shí)，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动力！

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