宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法(fǎ)解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进(jìn)行了(le)超过50次的(de)长期(qī)实验(yàn)，但是(shì)却(què)没有发(fā)现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除了(le)一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百(bǎi)年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律的(de)时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大(dà)天文成(chéng)就的例子(zi)。但是这些发现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和(hé)测(cè)量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需要的(de)数据是(shì)测(cè)量各个(gè)星系的(de)光度(dù)。

第二(èr)种是动力(lì)学质量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的(de)运动速(sù)度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测(cè)量速(sù)度的(de)过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生的引力是(shì)无(wú)法将(jiāng)它(tā)们束(shù)缚(fù)在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的(de)物(wù)质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了(le)这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的(de)人们对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这(zhè)个(gè)词才再一次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论全的偏旁还有什么字，全的偏旁还有什么字再组词上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们(men)，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗(àn)物质的(de)存在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系(xì)中(zhōng)心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出(chū)现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜测量了距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛顿(dùn)的(de)力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河(hé)系(xì)旋转，这个实(shí)际(jì)速度远远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗(àn)物质的(de)引(yǐn)力(lì)效应将星系聚(jù)集在(zài)了(le)一(yī)起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相(xiāng)信暗物(wù)质的(de)存在。科学家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的(de)速(sù)度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可(kě)以解(jiě)释这个现象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是星系当中存(cún)在的(de)恒星(xīng)数(shù)量却(què)只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物(wù)质(zhì)，否则就(jiù)会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星运(yùn)动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学(xué)定律来解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物(wù)质，已(yǐ)经(jīng)被附(fù)近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的(de)除了(le)暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在(zài)行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之间的(de)相互(hù)作用(yòng)，科(kē)学家还引入了(le)外(wài)部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的(de)质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们(men)需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说(shuō)理论(lùn)就此终结(jié)。但是(shì)在(zài)宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是(shì)蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量(liàng)都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的(de)相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量将位(wèi)于所有(yǒu)这些(xiē)气(qì)体(tǐ)所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的(de)质量区域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以明显地看到(dào)很多(duō)星系似乎(hū)被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么(me)问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西的(de)引(yǐn)力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发(fā)生了(le)扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发(fā)现它的大(dà)质(zhì)量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了这个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的(de)理论(lùn)证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下了(le)各(gè)相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的(de)区域(yù)，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二(èr)值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质(zhì)，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物(wù)质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运(yùn)动所需(xū)要的暗(àn)物(wù)质比例是一(yī)致的(de)。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力来相互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质存在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提(tí)出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们(men)已经(jīng)进行了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声(shēng)称(chēng)观测到了(le)某种信号。经过了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会在(zài)每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认为这可能是(shì)人(rén)类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河(hé)系进行移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存(cún)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)也(yě)在以这(zhè)样的速度(dù)在(zài)穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一(yī)致(zhì)的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候(hòu)，地(dì)球与(yǔ)太(tài)阳的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流最快的(de)时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽管(guǎn)在(zài)实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度(dù)的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这个(gè)理论的(de)有效性。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可能有其他(tā)的(de)情况，造(zào)成这种年度(dù)周期(qī)信号的差异也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客(kè)的数量也符合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的(de)季节与之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的运(yùn)动特征和(hé)第一个(gè)实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同的(de)信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力(lì)的(de)证据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)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)质背后的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们(men)极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化(huà)的一个(gè)重要因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质会不会(huì)意(yì)味(wèi)着(zhe)人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前(qián)提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的(de)动力！

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