宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发(fā)现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数学(xué)原理一(yī)书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的(de)时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且发(fā)现了(le)海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力定律所取得重(zhòng)大(dà)天文成(chéng)就的(de)例子。但(dàn)是(shì)这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移(yí)测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻(chè)底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质(zhì)量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的(de)过程中，兹威基发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的(de)速度比理(lǐ)论上(shàng)要(yào)快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些(xiē)可见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的(de)引力是无法将它们束缚在(zài)星(xīng)系(xì)团内的(de)，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛(pāo)出星系(xì)团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力(lì)量来源(yuán)于某种隐形的(de)物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出(chū)了这样部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占(zhàn)据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质量。只是(shì)当时的人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的(de)结(jié)果却(què)让人感到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离的(de)增加(jiā)，恒星(xīng)的(de)旋转速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的(de)质量(liàng)来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们(men)会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测(cè)量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更(gèng)远(yuǎn)距离的(de)氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速(sù)度远远大于理论速(sù)度，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心(xīn)加速(sù)度的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根(gēn)据星系外(wài)恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的(de)原因。在一项新的研(yán)究当中，科(kē)学家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的(de)恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们使用最先进的望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时的(de)详细测(cè)量之后，发(fā)现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学(xué)定律来解释的(de)。那么又有人提出(chū)，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任何星系存(cún)在(zài)。造成(chéng)这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对(duì)引力的理解还(hái)不够全面，引力(lì)很可能在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(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的(de)方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的(de)概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的(de)理论证据(jù)，俄罗斯人人均寿命，俄罗斯人寿命平均多少这(zhè)些理论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团(tuán)，它们(men)大(dà)部分的普通质量都在星系(xì)的(de)气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当(dāng)人们对(duì)子(zi)弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团的(de)引力透镜(jìng)研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对(duì)较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科(kē)学家(jiā)们通过对前(qián)景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域提(tí)取和标记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰(fēng)值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通(tōng)物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星(xīng)系(xì)当中(zhōng)恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它(tā)们不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到(dào)了暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过(guò)去的(de)几十年当中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了(le)超过50次的(de)实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学(xué)实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的(de)探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声(shēng)称(chēng)观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会(huì)在每年(nián)的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进(jìn)行移动，那么(me)如(rú)果(guǒ)暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意(yì)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(gè)过程(chéng)中会产生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时(shí)间(jiān)，地球(qiú)围绕(rào)太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外(wài)半年(nián)则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的(de)方向正好达(dá)到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的(de)情况中，太(tài)阳系(xì)相(xiāng)对银(yín)河系的(de)平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可以(yǐ)用(yòng)来(lái)解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号(hào)。当然(rán)也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周(zhōu)期信(xìn)号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特(tè)征(zhēng)和第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的(de)证(zhèng)据了。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提供相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另(lìng)一种神(shén)秘的(de)效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要(yào)俄罗斯人人均寿命，俄罗斯人寿命平均多少因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进(jìn)一步(bù)的(de)证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物质存(cún)在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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