宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科学(xué)家们在(zài)过去的几十年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲(zhé)学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且(qiě)发现了(le)海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成(chéng)就的(de)例子(zi)。但是这些发现都(dōu)是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量(liàng)的(de)计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团(tuán)中(zhōng)的各个(gè)星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来(lái)之(zhī)后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质(zhì)量消失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的(de)形(xíng)式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系的(de)速度(dù)比理论上要快(kuài)得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量(liàng)所产(chǎn)生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源(yuán)于(yú)某种隐(yǐn)形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却(què)占据着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质(zhì)量(liàng)。只是(shì)当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一(yī)种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他(tā)们观测的(de)结果却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎(hū)保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外(wài)围(wéi)的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的(de)存在，这(zhè)种方法就(jiù)是测(cè)量(liàng)星系当中气体在X轴上距(jù)离(lí)星(xīng)系中心的距(jù)离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常(cháng)的(de)结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通过射电望(wàng)远镜(jìng)测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应该是(shì)160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能就是存(cún)在着(zhe)一种我们看(kàn)不到(dào)的物质，是(shì)这些暗(àn)物(wù)质的引力(lì)效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一(yī)可(kě)以解释这个现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速(sù)度上的微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却只有银河系(xì)的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动是(shì)可以用(yòng)正常的物质和(hé)力学定律来(lái)解(jiě)释的(de)。那么(me)又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近(jìn)没有任何(hé)星(xīng)系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除(chú)了(le)暗物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中的(de)天体会沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到星系和(hé)星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还(hái)引(yǐn)入了外部场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的(de)急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部(bù)分的(de)质(zhì)量将位(wèi)于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的(de)中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其(qí)实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天(tiān)体和(hé)我(wǒ)们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透(tòu)镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团观测(cè)的(de)时候，发现它(tā)的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了(le)这(zhè)个区域，并(bìng)在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透镜研究(jiū)也被认为是暗物(wù)质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据(jù)乌克兰已经牺牲了多少人，乌克兰已阵亡了多少人。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区(qū)域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的(de)区域，但(dàn)实际(jì)上它们(men)之间的温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的(de)二(èr)值(zhí)图像进(jìn)行连通域提(tí)取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子(zi)所需要(yào)的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互(hù)作用的(de)“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米(mǐ)处的地(dì)下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物质的第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这(zhè)样的(de)速度在(zài)穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)物质流，这个过(guò)程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一(yī)致的，而另外半年(nián)则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研(yán)究人员们所观测(cè)到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期信号的(de)差异也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建立(lì)了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室(shì)正好相(xiāng)反(fǎn)，而在(zài)这(zhè)里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物(wù)质所存(cún)在(zài)的非常有力的证据(jù)了。但(dàn)是(shì)由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空(kōng)望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的(de)用途(tú)就(jiù)是探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体(tǐ)物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的(de)行(xíng)星上，暗(àn)物(wù)质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在的(de)实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的(de)支持是我更新的动力！

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