宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效(xiào)证(zhèng)据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自(zì)然(rán)哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们(men)发现某(mǒu)些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常，不(bù)符合(hé)万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应(yīng)用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力束(shù)缚在一(yī)起。测量星系团的(de)质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

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

第二(èr)种是动(dòng)力学质(zhì)量的(de)计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测(cè)量星系团(tuán)中的各个(gè)星系相(xiāng)对于(yú)星系团(tuán)的运动速(sù)度。当(dāng)测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速(sù)度(dù)的过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的(de)人们对(duì)这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没(méi)有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存在(zài)，这种方法就是(shì)测量(liàng)星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量(liàng)进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距(jù)离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根(gēn)据(jù)万有引力(lì)定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银(yín)河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的(de)原因很可能就(jiù)是存(cún)在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星系(xì)聚集在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多的(de)研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗(àn)物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速(sù)度(dù)，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微(wēi)小差异(yì)。另(lìng)外，天(tiān)文(wén)学家(jiā)还发现了一个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大(dà)小(xiǎo)和银河系(xì)不多(duō)，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系(xì)中的(de)恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在(zài)。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物质的(de)假说之外(wài)，另一种可能就是人(rén)类对引(yǐn)力的(de)理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作方式是(shì)不(bù)同(tóng)的，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解(jiě)的(de)方式运动。但是(shì)上升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同(tóng)的方式。对(duì)于在星系团(tuán)之(zhī)间的(de)相互作用(yòng)，科(kē)学(xué)家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)。如(rú)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(jìn)行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它(tā)们(men)大(dà)部分的普通质量(liàng)都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹(dàn)星(xīng)系(xì)团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的(de)被(bèi)扭曲(qū)了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西(xī)的(de)引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大质量区(qū)域(yù)并不是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好(hǎo)的(de)解释方法就是当(dāng)星团发生全部的(de)碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间(jiān)，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这个区(qū)域(yù)，并在两边(biān)形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研(yán)究(jiū)也被(bèi)认为是暗(àn)物质(zhì)存在的(de)迄(qì)今为止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年(nián)之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间(jiān)背(bèi)景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表(biǎo)示相对(duì)较(jiào)冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们之间的(de)温(wēn)差只有(yǒu)万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过对前(qián)景背(bèi)景分离(lí)后(hòu)的二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质的(de)增加(jiā)，一些峰值(zhí)的(de)幅度(dù)会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗(àn)物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的(de)观测结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其(qí)他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标粒子所需(xū)要(yào)的(de)实验方(fāng)式也不相同。在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学(xué)家们已经进(jìn)行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实(shí)质性的发(fā)现，除了(le)一个(gè)地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿(ā)尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的数据收集(jí)，人们发现了(le)一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为(wèi)什(shén)么(me)暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移(yí)动，那(nà)么(me)如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地(dì)球(qiú)又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是(shì)一(yī)致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的(de)时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况(kuàng)中，太(tài)阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不(bù)影(yǐng)响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他(tā)的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又(yòu)在(zài)南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的(de)实验室(shì)正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动特征和(hé)第一个(gè)实验(yàn)室是一(yī)样(yàng)的(de)。

因此(cǐ)，如(rú)果在(zài)这里可以(yǐ)得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由于这个(gè)实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还(hái)无法提供相(xiāng)应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的(de)望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希(xī)格关关难过关关过 事事难熬事事熬下一句是什么，关关难过关关过 事事难熬事事熬是什么诗(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的(de)宽视场仪器提供(gōng)的(de)视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有另一(yī)种神(shén)秘(mì)的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持是(shì)我(wǒ)更新的(de)动力！

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