宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质存在的证据，科(kē)学(xué)家们在(zài)过去(qù)的几十(shí)年当中进行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了(le)一个(gè)地方，在(zài)1687年(nián)出(chū)版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的(de)几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们(men)就会知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的(de)天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且发现了海王(wáng)星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和(hé)测量后发星(xīng)系团的(de)质量。这(zhè)是一(yī)个由(yóu)数千个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些(xiē)星系(xì)被引(yǐn)力束(shù)缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的(de)质量一(yī)般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的(de)范围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见光的(de)形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系团(tuán)之外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在(zài)起作(zuò)用(yòng)，这种力(lì)量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维(wéi)基提(tí)出了这样部分不可(kě)见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越木梳子是桃木好还是檀木好，木梳子是桃木好还是檀木好呢远(yuǎn)的恒星在(zài)其(qí)轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的(de)增加(jiā)，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对(duì)标准的方法来(lái)解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力(lì)量进入其中。

于(yú)是科(kē)学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测量了(le)距离星系(xì)中心更远距(jù)离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学(xué)定律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳(yáng)系(xì)位于(yú)银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太(tài)阳系(xì)的(de)运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于(yú)理论速度，那么(me)产生(shēng)以上这种向心加速度(dù)的原因很可(kě)能就是存在(zài)着(zhe)一种我们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在(zài)了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星系(xì)当中暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研(yán)究(jiū)当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出(chū)现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发现了(le)一(yī)个反常的星系，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(dàn)是星(xīng)系当中存在(zài)的恒星数量却(què)只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们使用最先(xiān)进的(de)望远镜(jìng)对其进行了(le)40个小时(shí)的详细(xì)测(cè)量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运(yùn)动是可(kě)以用(yòng)正常(cháng)的(de)物质(zhì)和(hé)力学(xué)定律来解释的。那么又有人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一(yī)个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何(hé)星系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的(de)除了(le)暗物质(zhì)的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺度空间中的(de)工作方式是不(bù)同(tóng)的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用则是(shì)不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作(zuò)用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在的物(wù)理定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发(fā)现也(yě)让很多(duō)人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分的(de)质(zhì)量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质(zhì)量(liàng)区域(yù)到底是(shì)不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了(le)宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会(huì)使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子(zi)弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了(le)中(zhōng)间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个(gè)区域(yù)，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连(lián)通域提取(qǔ)和标(biāo)记之(zhī)后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的(de)增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒(héng)星运动所需要的(de)暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就(jiù)是(shì)宇宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实(shí)际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为(wèi)了(le)寻(xún)找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山木梳子是桃木好还是檀木好，木梳子是桃木好还是檀木好呢(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人(rén)们发(fā)现了(le)一个有趣的事情(qíng)。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中(zhōng)每年都是(shì)一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系(xì)进行(xíng)移(yí)动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样(yàng)的(de)速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕银河系(xì)的方向是(shì)一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对(duì)银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的(de)差异也可(kě)能是温度(dù)、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验室是(shì)一样的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果在(zài)这里可以(yǐ)得到相同的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在(zài)的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前(qián)还(hái)无(wú)法(fǎ)提(tí)供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物(wù)理中(zhōng)心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗(àn)物质效(xiào)应，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的(de)一(yī)个(gè)重要因素。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一理论(lùn)得到(dào)进一步(bù)的证(zhèng)实(shí)，那(nà)么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗(àn)物(wù)质(zhì)正(zhèng)在通过这样的(de)效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。那么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到底(dǐ)存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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