宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科(kē)学(xué)无(wú)法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在(zài)的(de)证据，科学家们(men)在过(guò)去(qù)的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何(hé)的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出(chū)版的(de)自然哲(zhé)学(xué)数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的(de)规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异(yì)常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力(lì)定律所取(qǔ)得(dé)重大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一(yī)个由数千个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星系被引力束(shù)缚(fù)在(zài)一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质(zhì)量一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力(lì)学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团中的各(gè)个(gè)星(xīng)系(xì)相对于星系团(tuán)的(de)运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是(shì)“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们(men)对这(zhè)样的(de)一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词才再一次(cì)出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星(xīng)在其(qí)轨(guǐ)道上的(de)运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的(de)方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离(lí)星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力(lì)定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的(de)运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速(sù)度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可(kě)能就(jiù)是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多的(de)研究人员开(kāi)始(shǐ)相信(xìn)暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之(zhī)间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的(de)千分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时的(de)详细(xì)测量(liàng)之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物(wù)质和(hé)力学定律来(lái)解释的。那么又有人(rén)提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的(de)附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能(néng)就是(shì)人(rén)类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们(men)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(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的(de)方式。对于(yú)在星(xīng)系团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的(de)是在数(shù)百万光年的规模上，巨大(dà)的(de)质量之(zhī)间会产(chǎn)生(shēng)对(duì)彼此特殊的(de)效(xiào)果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在(zài)的(de)物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物(wù)质存在的其(qí)他(tā)的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙(méng)德(dé)理论所没(méi)法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距(jù)离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量都(dōu)在(zài)星系(xì)的(de)气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它(tā)的质量(liàng)区(qū)域到底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明(míng)显地(dì)看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和(hé)我们地(dì)球上(shàng)的观(guān)测者之(zhī)间(jiān)。被一(yī)个质量(liàng)超(chāo)级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域，但实际上(shàng)它(tā)们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后(hòu)的(de)二值(zhí)图像进行连(lián)通域提(tí)取和标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗(àn)物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多(duō)不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质(zhì)的(de)本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种类(lèi)型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数十种的(de)假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的(de)地(dì)学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科(kē)学(xué)家(jiā)声(shēng)称观测到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了(le)一个(gè)有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每(měi)年都是一样(yàng)。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么威尔士首都是哪个城市 威尔士是哪个国家暗(àn)物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)物(wù)质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地(dì)球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的时(shí)间(jiān)，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银河系的(de)方向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到完(wán)全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了(le)最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性(xìng)信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信(xìn)号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的(de)数量也符合(hé)这个(gè)周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又(yòu)在(zài)南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的(de)季节与之前的实(shí)验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特(tè)征和第一个(gè)实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相(xiāng)同(tóng)的(de)信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的(de)非(fēi)常有力的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无(wú)法提供相应的(de)数据支(zhī)持(chí)。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一个关(guān)键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探(tàn)测(cè)的结(jié)果，我们只能拭(shì)目(mù)以(yǐ)待了(le)。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物(wù)理中心的科(kē)学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进(jìn)化的一个(gè)重(zhòng)要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当(dāng)中某个(gè)角(jiǎo)落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正在通过这样(yàng)的(de)效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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