宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的(de)？为(wèi)何会存(cún)在科学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是(shì)什么(me)？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律的时(shí)候，他(tā)们就会(huì)知(zhī)道(dào)，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取(qǔ)得(dé)重(zhòng)大天文(wén)成就(jiù)的例子(zi)。但(dàn)是这些发(fā)现都是(shì)在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研(yán)究和(hé)测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光(guāng)度学(xué)的质量(liàng)"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二(èr)种是(shì)动(dòng)力(lì)学质量的计算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后(hòu)发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速(sù)度比理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系(xì)的质量所产生的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人(rén)们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道上(shàng)的(de)运行(xíng)速度就(jiù)会越慢(màn)。但是(shì)他(tā)们观测的结果却让人感到不可思(sī)议(yì)。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的(de)增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果没有足(zú)够大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是(shì)测量(liàng)星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的(de)距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结(jié)果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在(zài)着(zhe)一(yī)种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了(le)一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家根据(jù)星(xīng)系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系(xì)当中暗物(wù)质的质量(liàng)占整个(gè)星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的(de)遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差(chà)异。另(lìng)外，天文学(xué)家(jiā)还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进(jìn)行(xíng)了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的(de)恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常的(de)物(wù)质和力学(xué)定(dìng)律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是(shì)人类对引力的(de)理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之(zhī)间的相(xiāng)互作用则(zé)是不(bù)同(tóng)的方式(shì)。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的(de)其他(tā)的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wè一二大写字怎么写千，大写的壹贰叁到十i)37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的(de)相互作(zuò)用就会导致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我(wǒ)们(men)通过(guò)什么来(lái)验(yàn)证它的质量(liàng)区(qū)域(yù)到底(dǐ)是不是集(jí)中在(zài)中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥(yáo)远(yuǎn)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(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的(de)大质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜(jìng)研(yán)究也被认为是(shì)暗物(wù)质存在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上留(liú)下了(le)各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它(tā)们(men)之间(jiān)的温差只有万分之(zhī)一。

科学(xué)家(jiā)们通过(guò)对前景背(bèi)景分(fēn)离(lí)后(hòu)的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物(wù)质，图(tú)形看起来(lái)不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗(àn)物质(zhì)的增加，一些峰值的(de)幅(fú)度会(huì)减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测(cè)量值(zhí)，我(wǒ)们需要(yào)的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解(jiě)释(shì)星系当中恒(héng)星运动所需要(yào)的(de)暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了(le)很多不(bù)同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相当于找到了暗物(wù)质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们(men)已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不(bù)同的目标粒(lì)子所需(xū)要(yào)的实(shí)验(yàn)方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经一二大写字怎么写千，大写的壹贰叁到十进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一(yī)直(zhí)致力(lì)于寻(xún)找暗(àn)物质粒(lì)子(zi)的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的(de)数据收集，人(rén)们(men)发现了一个(gè)有(yǒu)趣(qù)的(de)事情。探测(cè)率会在每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能(néng)是(shì)人类发现暗物质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为什么(me)暗(àn)物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年(nián)的(de)时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完(wán)全一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用(yòng)来解释，研究人(rén)员们所观(guān)测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差(chà)异也(yě)可能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南(nán)半球(qiú)建立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的(de)季(jì)节与之前(qián)的(de)实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动特征和第(dì)一个实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗(àn)物质所存在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应(yīng)的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待(dài)了(le)。费米实验(yàn)室(shì)粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得(dé)到进一(yī)步的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落(luò)的行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你(nǐ)的支(zhī)持是(shì)我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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