宇(yǔ)宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学无法解释(shì)的(de)“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除了(le)一(yī)个地方，在(zài)1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它(tā)的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并且发现了(le)海王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现(xiàn)都是(shì)应(yīng)用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

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

第(dì)二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系(xì)团的(de)运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是(shì)“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出(chū)星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是(shì)当(dāng)时的人们(men)对这样(yàng)的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距(jù)离中(zhōng)心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是(shì)他(tā)们(men)观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度(dù)几乎(hū)保(bǎo)持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的(de)存在(zài)，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测(cè)量(liàng)了距离(lí)星(xīng)系中心更远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它们(men)的(de)旋转速(sù)度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的(de)太阳(yáng)系也(yě)不例外(wài)，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的(de)运行(xíng)速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实(shí)际速(sù)度远远大于理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心(xīn)加(jiā)速度(dù)的原(yuán)因很可(kě)能就(jiù)是存在着(zhe)一种我(wǒ)们(men)看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应(yīng)将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中(zhōng)暗(àn)物(wù)质的质量占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的(de)微小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在(zài)的恒(héng)星(xīng)数量却(què)只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进(jìn)的望远(yuǎn)镜对(duì)其进(jìn)行了40个小时(shí)的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正常的物质和力学(xué)定律(lǜ)来(lái)解释的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另一种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们(men)所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用(yòng)则是(shì)不(bù)同(tóng)的方式。对(duì)于在星(xīng)系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对(duì)现(xiàn)在(zài)的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温(wēn)度(dù)的(de)急(jí)剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什(shén)么(me)来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是(shì)这(zhè)样(yàng)极(jí)遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东(dōng)西的(de)引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜效(xiào)应。这(zhè)个巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大(dà)质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们(men)对(duì)子弹星系(xì)团观测的时(shí)候(hòu)，发现它(tā)的大质量(liàng)区域(yù)并(bìng)不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的(de)解释方法就是当星(xīng)团发生(shēng)全(quán)部(bù)的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的(de)质(zhì)量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了这(zhè)个区(qū)域，并(bìng)在(zài)两边(biān)形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留(liú)下了(le)各(gè)相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它(tā)们之间的(de)温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值(zhí)的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测量值，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星运动(dòng)所需要的暗(àn)物(wù)质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地(dì)解释了很(hěn)多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到这种粒(lì)子的存(cún)在，就(jiù)相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物(wù)质存(cún)在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要(yào)的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎(hū)不会(huì)与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地学实(shí)验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高的(de)探测器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份(fèn)达(dá)到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是(shì)为预期收益率计算公式 预期收益率是什么什(shén)么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系(xì)进行(xíng)移(yí)动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们也在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程(chéng)中会(huì)产(chǎn)生(shēng)相应的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银(yín)河(hé)系(xì)的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科(kē)学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们所观(guān)测(cè)到的(de)周期性信号。当然(rán)也(yě)可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期(qī)信(xìn)号的差异也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这(zhè)个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实验室正好(hǎo)相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的(de)运动(dòng)特征(zhēng)和第(dì)一个(gè)实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可(kě)以得(dé)到相(xiāng)同的(de)信(xìn)号，就(jiù)可(kě)以成为暗(àn)物质(zhì)所(suǒ)存在的(de)非常有力(lì)的(de)证据了。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前(qián)还无(wú)法提供相(xiāng)应(yīng)的数(shù)据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器(qì)提供(gōng)的视(shì)野是(shì)哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的(de)效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的(de)大前提(tí)是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你们(men)觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力(lì)！

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