宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去(qù)的几十年(nián)当中进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一(yī)个地方，在(zài)1687年(nián)出版的(de)自然(rán)哲(zhé)学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某(mǒu)些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们(men)就会(huì)知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的(de)天(tiān)体通过(guò)引(yǐn)力在摄动(dòng)它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应(yīng)用万(wàn)有引力(lì)定律所取(qǔ)得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星(xīng)系团的(de)质量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引力束缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其(qí)"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学质量的计(jì)算，是利(lì)用(yòng)光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团(tuán)有(yǒu)99%的(de)质(zhì)量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发(fā)现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中的(de)恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就(jiù)会(huì)越慢(màn)。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系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到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方(fāng)法就(jiù)是测(cè)量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出(chū)现异常(cháng)的(de)结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过射电望远镜测(cè)量了距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么(me)产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加速(sù)度的(de)原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物质(zhì)，是(shì)这(zhè)些暗(àn)物质(zhì)的(de)引力效应将星系(xì)聚(jù)集在(zài)了一起。

也(yě)是从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的(de)研究(jiū)人员开始相信暗物质的(de)存在(zài)。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒(héng)星轨道的(de)速(sù)度(dù)，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并(bìng)不是(shì)唯(wéi)一可以解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在(zài)一项新的(de)研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发(fā)现了一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大(dà)约东京是不是日本首都 东京不是日本的首都吗2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的(de)千分之(zhī)一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小时(shí)的(de)详细测(cè)量(liàng)之后，发(fā)现星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动是可以用正常的物(wù)质和力学定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有人提出(chū)，也(yě)许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物(wù)质(zhì)的(de)假(jiǎ)说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能(néng)在不同(tóng)尺度空间(jiān)中(zhōng)的(de)工作(zuò)方式是(shì)不同(tóng)的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和(hé)星团的(de)尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引入了外(wài)部(bù)场效应的概(gài)念，指的(de)是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存在(zài)的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这(zhè)些(xiē)理论(lùn)证(zhèng)据(jù)是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年(nián)的(de)子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大部分的(de)普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升(shēng)高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部(bù)分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这(zhè)些(xiē)气体所在的中间区(qū)域(yù)。那(nà)么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集(jí)中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出(chū)了(le)什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可(kě)能是(shì)超大(dà)质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全(quán)部的(de)碰撞时(shí)，可(kě)被观(guān)测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过(guò)了(le)这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了各(gè)相同性的(de)微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的(de)区域(yù)，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的(de)本(běn)质就(jiù)是(shì)宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过(guò)引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提(tí)出(chū)了(le)数十(shí)种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需(xū)要(yào)的(de)实验方(fāng)式也(yě)不相(xiāng)同。在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)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(dì)方，意大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那(nà)么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这个过(guò)程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而(ér)另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管(guǎn)在(zài)实(shí)际(jì)的情况中，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数(shù)量(liàng)也(yě)符合(hé)这个周期(qī)的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第(dì)一个(gè)实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到相同的(de)信(xìn)号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所存在的非常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台(tái)太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红(hóng)外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一(yī)个关(guān)键的用途(tú)就是(shì)探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只东京是不是日本首都 东京不是日本的首都吗(zhǐ)能拭目以(yǐ)待(dài)了。费(fèi)米(mǐ)实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一(yī)理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会(huì)不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物(wù)质正(zhèng)在通(tōng)过(guò)这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论(lùn)的大前(qián)提(tí)是要先找到(dào)暗物质(zhì)存在的实(shí)际证(zhèng)据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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