宇(yǔ)宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科(kē)学(xué)家们在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符合(hé)万有引(yǐn)力定(dìng)律的(de)时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维(wéi)耶就通(tōng)过(guò)天王(wáng)星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海(hǎi)王星的(de)存(cún)在(zài)。另外(wài)，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定律所取得(dé)重大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在(zài)研(yán)究和(hé)测量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这(zhè)是一个由(yóu)数千(qiān)个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质量一(yī)般(bān)会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当(dāng)测量(liàng)结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消(xiāo)失了(le)，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(kàn)到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基发现星系(xì)团中很多(duō)星(xīng)系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们(men)早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的(de)力量在(zài)起作(zuò)用(yòng)，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们(men)却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时(shí)的(de)人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再一次出(chū)现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的(de)恒星运动。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的(de)方法(fǎ)来解释暗(àn)物(wù)质的存(cún)在，这(zhè)种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的(de)结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的(de)力量进入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距(jù)离星系中心更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发(fā)现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看(kàn)不到(dào)的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整(zhěng)个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球(qiú)大(dà)约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物(wù)质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其(qí)进行(xíng)了40个小时的(de)详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力(lì)的(de)理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我(wǒ)们(men)所理解的(de)方式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引入了(le)外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的(de)规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这(zhè)个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们(men)需要(yào)对(duì)现(xiàn)在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗(àn)物(wù)质假说理论就此(cǐ)终结(jié)。但(dàn)是(shì)在宇(yǔ)宙当(dāng)中还(hái)有关于暗物(wù)质存在的(de)其他的理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间(jiān)区(qū)域。那(nà)么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星(xīng)系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的(de)观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的东西的(de)引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星(xīng)系(xì)的(de)光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在(zài)了(le)中间，暗物(wù)质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在(zài)宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区(qū)域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示相(xiāng)对(duì)较冷(lěng)的(de)区域，但实(shí)际上它(tā)们(men)之间的(de)温(wēn)差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通(tōng)域(yù)提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测(cè)量值，我们需要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物质(zhì)比例(lì)是(shì)一(yī)致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释了很多不(bù)同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互(hù)作(zuò)用。所以(yǐ)如果能(néng)够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找到(dào)了(le)暗物质(zhì)存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出(chū)了数十种的假想目标，而(ér)要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要(yào)的实(shí)验方式也不相同。在过去(qù)的(de)几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却没(méi)有(yǒu)任何实(shí)质性的(de)发(fā)现，除了(le)一(yī)个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的(de)数据收集，人(rén)们发现了一个(gè)有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕着银河系(xì)进(jìn)行(xíng)移动(dòng)，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在(zài)以(yǐ)这样的速(sù)度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以(yǐ)，科(kē)学家们(men)又(yòu)在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验(yàn)室，这里的季(jì)节(jié)与之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动特征和第一个(gè)实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常(cháng)有力的证据了。但(作伴还是做伴哪个对，作伴还是做伴正确dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭(shì)目以待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这(zhè)样(yàng)的效应创造生(shēng)命(mìng)。当(dāng)然，这些推(tuī)论(lùn)的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是(shì)我更(gèng)新(xīn)的动力！

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