宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了(le)超过50次的长期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何(hé)的有效证据。除(chú)了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年(nián)来(lái)，当(dāng)天文(wén)学(xué)家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合万有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发(fā)现都是在恒(héng)星系统的(de)尺度(dù)当中(zhōng)，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者是星团的(de)尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量星(xīng)系(xì)团的(de)质量一般会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个(gè)星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学(xué)质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的各个(gè)星系相对于(yú)星(xīng)系团的运动速(sù)度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发(fā)现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的(de)引力是(shì)无法将它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之(zhī)外(wài)了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星(xīng)系当中如果没(méi)有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它(tā)们(men)，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学(xué)家们会(huì)使(shǐ)用一种相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是科学(xué)家们(men)通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一种我们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的(de)研究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的原因。在(zài)一(yī)项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有林心如生肖，林心如生肖属什么(yǒu)引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度(dù)上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河(hé)系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们(men)使用最先进(jìn)的(de)望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定(dìng)律(lǜ)来(lái)解(jiě)释(shì)的。那(nà)么(me)又有人提出(chū)，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对引力的理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能(néng)在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中(zhōng)的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的(de)方式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨(jù)大的(de)质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现在的(de)物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年(nián)的(de)子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系(xì)团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大(dà)部分的普通(tōng)质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧(jù)升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所有这(zhè)些(xiē)气(qì)体所(suǒ)在的中间区域。那么我们(men)通过(guò)什么(me)来验证它的质量区(qū)域(yù)到(dào)底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是(shì)这样极(jí)遥(yáo)远的天(tiān)体和我们地球上的(de)观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法就(jiù)是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到(dào)的质(zhì)量(liàng)气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接通过(guò)了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多(duō)亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下(xià)了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域(yù)提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得(dé)看(kàn)起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射(shè)的(de)测量值，我们需(xū)要的(de)暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是(shì)一(yī)致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个(gè)简单的(de)理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物(wù)质(zhì)的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存(cún)在的(de)实际证据。这种粒(lì)子到(dào)底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的(de)目标粒子(zi)所需(xū)要的(de)实验方式(shì)也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用的(de)“暗物(wù)质”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学(xué)实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家(jiā)声(shēng)称观测(cè)到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会(huì)在每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都(dōu)是(shì)一样(yàng)。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗(àn)物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的(de)方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最快的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人(rén)员们(men)所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能(néng)是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的数(shù)量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们(men)又在南(nán)半球建立(lì)了一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的(de)实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的(de)非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还(hái)无法提供相应(yīng)的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望(wàng)远镜，这(zhè)台(tái)太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪(yí)器(qì)提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个(gè)关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的(de)奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心(xīn)的(de)科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神(shén)秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那(nà)么遍布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是(shì)要先找到暗(àn)物质存在的实(shí)际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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