宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学(xué)家们(men)在(zài)过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万有引力定(dìng)律的(de)时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文(wén)成(chéng)就的例(lì)子。但是这(zhè)些发现都是(shì)在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究(jiū)和测量(liàng)后发(fā)星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一个由数千(qiān)个(gè)星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力(lì)束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围(wéi)。

第一(yī)种(zhǒng)是(shì)获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星(xīng)系团中的(de)各个(gè)星系相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测(cè)量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现(xiàn)星系(xì)团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神(shén)秘的力(lì)量(liàng)在(zài)起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一次(cì)出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星(xīng)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(jié)果却让人(rén)感到(dào)不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的(de)恒星早(zǎo)就(jiù)被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的(de)方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系(xì)当中(zhōng)气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的(de)旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物(wù)质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通(tōng)过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛(niú)顿的力(lì)学(xué)定(dìng)律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也(yě)不(bù)例外(wài)，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度(dù)应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕银河(hé)系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上这种向心(xīn)加速(sù)度的原因(yīn)很可能就是(shì)存(cún)在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究人员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算(suàn)在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个(gè)星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因(yīn)。在(zài)一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只有银(yín)河(hé)系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小时(shí)的(de)详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还(hái)不够全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和(hé)星团的(de)尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此特(tè)殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们需(xū)要(yào)对现在的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们(men)大(dà)部分(fēn)的(de)普通质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体(tǐ)的(de)相(xiāng)互作用就(jiù)会(huì)导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过(guò)什(shén)么来验(yàn)证它(tā)的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似(shì)乎被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产(chǎn)生了巨(jù)大(dà)的(de)形变。其(qí)实这些(xiē)星系本(běn)身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测(cè)者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观测的时(shí)候，发现它的(de)大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从(cóng)宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同(tóng)性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表示(shì)温度(dù)较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对(duì)较(jiào)冷的区(qū)域(yù)，但(dàn)实(shí)际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大(dà)约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好(hǎo)地(dì)解释了很多不(bù)同的(de)观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的(de)电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到(dào)底是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出了数(shù)十种的(de)假想目标，而(ér)要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科(kē)学家们(men)已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的(de)地学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的(de)探测器(qì)，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会(huì)在每年(nián)的6月份(fèn)达到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样(yàng兔子一年生几窝，兔子一年生几窝,一窝几只)的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来(lái)解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差异也可(kě)能是(shì)温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家(jiā)们又(yòu)在(zài)南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同(tóng)的(de)实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的(de)运动特征和第一(yī)个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的(de)证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还(hái)无(wú)法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的(de)视野是(shì)哈勃红外(wài)仪(yí)器(qì)的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中一(yī)个(gè)关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进(jìn)化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那么(me)遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会(huì)不会意味着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到(dào)暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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