宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人(rén)类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发(fā)现任何(hé)的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规律。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们发(fā)现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定(dìng)有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄动(dòng)它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例子(zi)。但是(shì)这(zhè)些(xiē)发(fā)现都是(shì)在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威(wēi)基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系(xì)团的(de)质量。这(zhè)是一个由数千个星系(xì)所组成的巨(jù)大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般(bān)会使用到两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二(èr)种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出(chū)来之后(hòu)，兹威(wēi)基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学(xué)定律，仅(jǐn)靠(kào)这些(xiē)可见星(xīng)系(xì)的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力(lì)量在起作用，这(zhè)种力(lì)量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测(cè)的结(jié)果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的(de)增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是(shì)根据(jù)牛(niú)顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足(zú)够大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家们(men)会使用(yòng)一种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系当中气(qì)体在X轴上距离(lí)星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们通过射(shè)电(diàn)望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例(lì)外(wài)，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的(de)运行速(sù)度(dù)应(yīng)该(gāi)是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速(sù)度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的(de)原因(yīn)很可能就(jiù)是存在(zài)着(zhe)一(yī)种我们看(kàn)不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不(bù)是(shì)唯一可以解释(shì)这个现象的(de)原(yuán)因。在(zài)一项新的(de)研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间(jiān)，也会出(chū)现速度(dù)上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了(le)一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不(bù)多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系(霍元甲的师傅是谁，李小龙的师父是谁啊xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科学(xué)家们使用(yòng)最先进(jìn)的望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物(wù)质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力的理(lǐ)解还(hái)不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系(xì)和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是(shì)不同的方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间(jiān)的(de)相互作用，科(kē)学(xué)家还(hái)引入了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这(zhè)意味着我(wǒ)们需(xū)要对现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的(de)其(qí)他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解(jiě)释的(de)“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样(yàng)的星(xīng)团，它们大(dà)部分的普通(tōng)质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发(fā)生(shēng)碰撞(zhuàng)的(de)时(shí)候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可(kě)以明显地(dì)看(kàn)到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身(shēn)并不是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么问题(tí)，而是这(zhè)样极(jí)遥(yáo)远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身后更遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这个区(qū)域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景(jǐng)分离(lí)后的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐(fú)射的(de)测量值，我们需(xū)要的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一(yī)致的(de)。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多(duō)不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当(dāng)中存(cún)在(zài)着某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家们已经(jīng)提出(chū)了数十种的(de)假想目(mù)标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十(shí)年当中，人(rén)类为了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利(lì)的(de)格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山(shān)下(xià)1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球(qiú)上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会(huì)在每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是(shì)一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的(de)第一个直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么(me)暗物质会产生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系(xì)进行(xíng)移动，那(nà)么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速(sù)度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程(chéng)中会(huì)产生(shēng)相应的振霍元甲的师傅是谁，李小龙的师父是谁啊荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银(yín)河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年(nián)则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿(chuān)越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对(duì)银(yín)河系的(de)平(píng)面呈现了(le)60度的(de)倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释(shì)，研究人员们(men)所观测(cè)到(dào)的周期性信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年度周期信号的差异也可(kě)能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的数量(liàng)也符合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前(qián)的(de)实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个(gè)实验室是(shì)一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个(gè)实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的(de)宽视(shì)场仪器提供(gōng)的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的(de)科(kē)学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森(sēn)斯(sī)特芬(fēn)研究(jiū)发现，如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命进化的(de)一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的(de)效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些(xiē)推论(lùn)的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质存在的(de)实(shí)际证据。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我更新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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