宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为(wèi)何(hé)会(huì)存在科学(xué)无(wú)法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发(fā)现都是应用万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天(tiān)文(wén)成(chéng)就的(de)例子。但是(shì)这些发现都是(shì)在恒(héng)星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的(de)巨(jù)大(dà)星系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用(yòng)到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确(què)定其(qí)质(zhì)量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团(tuán)中的(de)各个(gè)星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系(xì)团有(yǒu)99%的(de)质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存(cún)在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在(zài)星(xīng)系团内(nèi)的，它们(men)早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神(shén)秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说帧率是高好还是低好，王者帧率是高好还是低好法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座(zuò)星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行(xíng)速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万(wàn帧率是高好还是低好，王者帧率是高好还是低好)有引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学家们(men)会使用(yòng)一种相对标准的(de)方(fāng)法来(lái)解(jiě)释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量(liàng)进入其(qí)中。

于是科(kē)学家(jiā)们(men)通过射电望远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更远距离的(de)氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的(de)太(tài)阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可(kě)能就(jiù)是(shì)存(cún)在着一(yī)种我们看不到的物质，是(shì)这(zhè)些(xiē)暗(àn)物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多(duō)的研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的(de)研究(jiū)当中，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没有引力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分(fēn)之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存(cún)在。造(zào)成这些现象的除了(le)暗物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很可(kě)能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式(shì)是不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的方式运动。但是(shì)上升到(dào)星系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之(zhī)间的相互作用则是不(bù)同的(de)方式(shì)。对(duì)于在星(xīng)系团之间的(de)相互作用，科(kē)学家还引入(rù)了外部场效应的概(gài)念，指的是在(zài)数(shù)百万光(guāng)年的规模上，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需要(yào)对现在的(de)物(wù)理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗(àn)物质存(cún)在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在(zài)星系的(de)气(qì)体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星(xīng)际气(qì)体(tǐ)的相互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大(dà)部(bù)分的(de)质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气体所在的(de)中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质(zhì)量区域到(dào)底是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问题，而(ér)是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的(de)东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个(gè)现象就(jiù)是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观(guān)测的(de)时候，发现它的(de)大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好(hǎo)的(de)解释(shì)方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则直(zhí)接(jiē)通过(guò)了这个区(qū)域，并在(zài)两边(biān)形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上(shàng)留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实(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(bèi)景分(fēn)离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不(bù)应该是这样的，而(ér)随(su帧率是高好还是低好，王者帧率是高好还是低好í)着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是(shì)一致的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一(yī)个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发(fā)现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻(xún)找暗物(wù)质粒(lì)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(dào)了(le)某种信号。经过了20多年的(de)数(shù)据收集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可能是人(rén)类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时(shí)地球又(yòu)以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流(liú)最快的时(shí)段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系的(de)平(píng)面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异(yì)也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而(ér)在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的(de)运动(dòng)特征和第一个实验室(shì)是(shì)一样的(de)。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个(gè)实验(yàn)室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前(qián)还无法(fǎ)提供相(xiāng)应(yīng)的(de)数据(jù)支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们(men)极有可(kě)能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这(zhè)种(zhǒng)暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一个(gè)重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的(de)行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过(guò)这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质存在的(de)实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的(de)动力(lì)！

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