宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何(hé)会存(cún)在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学(xué)家(jiā)们(men)在(zài)过去的(de)几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实(shí)验(yàn)，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规(guī)律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些(xiē)天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了(le)海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用万(wàn)有引力(lì)定律所取得重大天(tiān)文成就的例(lì)子(zi)。但是这些发(fā)现都是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后(hòu)发星系团的(de)质量。这是(shì)一个由(yóu)数(shù)千(qiān)个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星(xīng)系(xì)团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的(de)范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的(de)各(gè)个(gè)星系相(xiāng)对于星系团的(de)运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在(zài)，我(wǒ)们(men)无法看(kàn)到。最(zuì)诡(guǐ)异的是(shì)，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的(de)引力是(shì)无法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出(chū)星系(xì)团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分(fēn)不可(kě)见的暗质(zhì)，它不(bù)发(fā)散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文(wén)学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是他(tā)们观(guān)测的结(jié)果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出(chū)现异常(cháng)的结果，就认为是由(yóu)暗物质的(de)力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测(cè)量(liàng)了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的(de)运行速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外(wài)恒(héng)星(xīng)轨道的(de)速度，估算在(zài)星系当中暗(àn)物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象的原因。在(zài)一项新(xīn)的(de)研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银(yín)河系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物(wù)质和(hé)力学定律来(lái)解(jiě)释的。那么(me)又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附近的另一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人类(lèi)对引力(lì)的(de)理解(jiě)还不够全面，引力(lì)很可能在(zài)不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不(bù高宽深用什么字母表示什么，高宽深用什么字母表示出来)同(tóng)的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方(fāng)式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式(shì)。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引入了(le)外(wài)部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味着我们需(xū)要对(duì)现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其(qí)他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大(dà)部分的(de)普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温(wēn)度(dù)的急剧升(shēng)高(gāo)，速(sù)度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质(zhì)量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气(qì)体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域(yù)。那么(me)我们通过什(shén)么(me)来验证(zhèng)它的(de)质(zhì)量区域到底是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些星系(xì)本(běn)身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲(qū)了(le)，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出了(le)什么问题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的东(dōng)西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子(zi)弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是(shì)当星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞时(shí)，可(kě)被(bèi)观测到的质量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直接通过了(le)这个区(qū)域，并在(zài)两边形(xíng)成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的(de)迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域(yù)，但实际上它(tā)们(men)之间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物质(zhì)的(高宽深用什么字母表示什么，高宽深用什么字母表示出来de)增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才(cái)变得(dé)看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐(fú)射(shè)的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒(héng)星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释了(le)很多不同的(de)观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们(men)不(bù)参与任何(hé)其(qí)他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子(zi)的(de)存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底(dǐ)是什么(me)？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这些不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人(rén)类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有(yǒu)任何(hé)实质性的发(fā)现，除(chú)了一(yī)个地(dì)方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的(de)地学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率(lǜ)会(huì)在每(měi)年(nián)的(de)6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程(chéng)中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时(shí)地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系(xì)的(de)方向是一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向正好达到(dào)完(wán)全一致，这(zhè)是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的(de)时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学(xué)家(jiā)认为这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观(guān)测(cè)到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可(kě)能有其他(tā)的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差(chà)异也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球(qiú)建立(lì)了一(yī)个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的(de)季节与之前的(de)实(shí)验(yàn)室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相(xiāng)同(tóng)的信(xìn)号，就(jiù)可(kě)以成为(wèi)暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常(cháng)有力的证据了(le)。但是由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待(dài)了。费(fèi)米实验室(shì)粒(lì)子天(tiān)体物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存(cún)在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一步(bù)的(de)证(zhèng)实(shí)，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物(wù)质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的动力！

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