宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么(me)？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并且发(fā)现了海王星的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的(de)例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度(dù)当(dāng)中(zhōng)，可当我们(men)上升到星(xīng)系或(huò)者是星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系(xì)所组成(chéng)的(de)巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系(xì)被(bèi)引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度(dù)学的(de)质量(liàng)"，需要(yào)的数据是(shì)测(cè)量各(gè)个星系(xì)的光度。

第二种是(shì)动力学(xué)质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度学生于忧患死于安乐意思相近的名言，生于忧患死于安乐意思10字质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的形式所存(cún)在，我们无(wú)法看到。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系(xì)团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的(de)物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会(huì)越(yuè)慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的(de)恒星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解释(shì)暗物(wù)质的(de)存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的(de)结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们(men)通(tōng)过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银(yín)河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以上这种向心加(jiā)速(sù)度的(de)原因很可能就是存在着一种我们(men)看不到的物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应(yīng)将星系(xì)聚(jù)集在(zài)了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来(lái)越多的(de)研究(jiū)人员(yuán)开始相信(xìn)暗物(wù)质(zhì)的(de)存(cún)在。科(kē)学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯(wéi)一可以解释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎(hū)没(méi)有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星(xīng)之间(jiān)，也(yě)会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必(bì)须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最先(xiān)进(jìn)的(de)望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后，发现(xiàn)星系(xì)中的(de)恒星运动是(shì)可以用正常(cháng)的(de)物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的(de)另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附(fù)近(jìn)没有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象的除(chú)了暗(àn)物质的假说(shuō)之外，另一(yī)种可能就(jiù)是(shì)人类对引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力(lì)很可(kě)能(néng)在不同(tóng)尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解(jiě)的(de)方(fāng)式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系(xì)团之间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引入(rù)了外(wài)部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们(men)需要对现在(zài)的(de)物理(lǐ)定律(lǜ)进行(xíng)修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关(guān)于暗物质存在的(de)其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普通质量都在星(xīng)系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星(xīng)系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什(shén)么(me)问题，而(ér)是(shì)这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的(de)东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天体可(kě)能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞(dòng)或(huò)者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是(shì)暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色(sè)的部(bù)分表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上(shàng)它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离(lí)后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通域提(tí)取和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例是一(yī)致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地解释了很(hěn)多(duō)不同(tóng)的(de)观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它(tā)们(men)不(bù)参与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互(hù)作(zuò)用。所以如果能(néng)够找到这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数(shù)十种的(de)假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式(shì)也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个(gè)三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的(de)科学家声称观(guān)测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月(yuè)份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能是人类发现暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完(wán)全(quán)一致，这(zhè)是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况(kuàng)中(zhōng)，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来(lái)解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数量也(yě)符合这个(gè)周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实(shí)验室是(shì)一样(yàng)的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的(de)视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的(de)结(jié)果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论(lùn)得到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个(gè)角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这(zhè)样的效应创造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大(dà)前提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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