宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会(huì)存在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十年当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动(dòng)的(de)规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统(tǒng)的(de)尺度当中，可(kě)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，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由(yóu)数千个星系所组成的(de)巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般(bān)会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学(xué)的(de)质(zhì)量"，需(xū)要的数据(jù)是测量碳酸铜存在吗 有碳酸铜这种物质吗各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计(jì)算(suàn)，是(shì)利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度(dù)。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力(lì)学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星(xīng)系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的(de)质(zhì)量所产生的(de)引(yǐn)力(lì)是(shì)无(wú)法将它(tā)们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这样(yàng)部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是它(tā)们却占(zhàn)据着(zhe)宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词(cí)才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却(què)让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用一(yī)种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速(sù)度。如(rú)果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的(de)力量进入其(qí)中。

于(yú)是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可(kě)能就是存(cún)在着一种我们看不到的(de)物(wù)质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的(de)引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来(lái)越多(duō)的研(yán)究(jiū)人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在。科学(xué)家根据(jù)星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量(liàng)占整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最(zuì)先(xiān)进的(de)望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了(le)40个小时(shí)的(de)详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常(cháng)的物(wù)质和力学定律来解释的。那么(me)又有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也许(xǔ)该(gāi)星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何(hé)星系存在(zài)。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就是(shì)人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的(de)工(gōng)作方(fāng)式是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们(men)的(de)轨道(dào)，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的(de)方式运(yùn)动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生(shēng)对彼此特(tè)殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立(lì)，这意味着(zhe)我们需(xū)要对现在的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为(wèi)37亿(yì)光年的(de)子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量(liàng)都在(zài)星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所以在(zài)理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的观测(cè)者(zhě)之间。被(bèi)一(yī)个(gè)质量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的东西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能(néng)是超大(dà)质(zhì)量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不(bù)是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了(le)130多(duō)亿(yì)年之后(hòu)，这(zhè)些光(guāng)在宇宙(zhòu)空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同性的(de)微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的(de)部分(fēn)表(biǎo)示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过(guò)对(duì)前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测(cè)量值，我们(men)需要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗(àn)物质比例是(shì)一致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个简单(dān)的(de)理论框架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的(de)粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了(le)暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而(ér)要寻(xún)找这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要(yào)的实验方式也(yě)不(bù)相同。在(zài)过去的(de)几十(shí)年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了(le)超(chāo)过50次的实验，却(què)没(méi)有(yǒu)任何(hé)实(shí)质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家(jiā)声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会(huì)在每年的(de)6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人(rén)类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期(qī)性的年度(dù)信(xìn)号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意(yì)味着我们(men)也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太(tài)阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个(gè)理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然(rán)也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客(kè)的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以(yǐ)得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目(mù)前还(hái)无法提(tí)供相应的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的(de)结果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物理中心(xīn)的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意(yì)味着人类(lèi)并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推(tuī)论(lùn)的大(dà)前(qián)提(tí)是要先找到(dào)暗(àn)物质存在的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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