宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的(de)长期实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某(mǒu)些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文(wén)成就的例(lì)子。但是这(zhè)些发现都是(shì)在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的(de)质(zhì)量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星系(xì)所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消(xiāo)失(shī)了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发(fā)现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系(xì)的(de)质量所产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)力量在(zài)起作用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部(bù)分的(de)质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾(gù)。

直(zhí)到40年之(zhī)后(hòu)，“暗(àn)物质”这个(gè)词(cí)才(cái)再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有足够大的(de)质(zhì)量来(lái)吸(xī)引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学(xué)家们(men)会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的(de)力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学(xué)家们(men)通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距(jù)离的(de)氢元素，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也(yě)不(bù)例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加(jiā)速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们(men)看不(bù)到的物质，是这些暗物质的(de)引力效应(yīng)将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系(xì)外(wài)恒星轨道的(de)速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这个现象的(de)原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的(de)微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不(bù)多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用最先(xiān)进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的(de)详细测(cè)量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学定(dìng)律来(lái)解释(shì)的(de)。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附近的(de)另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的(de)附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对引力的理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空(kōng)三件套是哪三件间中的工作方式(shì)是不同的(de)，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升到星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间(jiān)的(de)相互作用则是不(bù)同(tóng)的(de)方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概(gài)念(niàn)，指的是在(zài)数(shù)百万光(guāng)年的(de)规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致(zhì)温度的(de)急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于(yú)所(suǒ)有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的质量区域(yù)到(dào)底是不是集(jí)中在(zài)中间(jiān)呢？前(qián)不(bù)久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不(bù)是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的(de)观测者之(zhī)间。被(bèi)一个(gè)质量(liàng)超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体(tǐ)可能(néng)是(shì)超大(dà)质量(lià三件套是哪三件ng)的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们对子弹星系(xì)团(tuán)观测(cè)的时候，发现它(tā)的(de)大质量(liàng)区(qū)域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方法就是当星团发(fā)生全部的(de)碰撞时，可被观测到的(de)质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也(yě)被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经(jīng)过(guò)了(le)130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各(gè)相同性的微波(bō)辐射。其(qí)中红色(sè)的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学(xué)家们通过(guò)对(duì)前景背景分离(lí)后的二值(zhí)图像进(jìn)行(xíng)连通(tōng)域提取和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物(wù)质的增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要的暗物(wù)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，就很好地解(jiě)释了很多(duō)不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着(zhe)某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们(men)不参与任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒(lì)子的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。这种粒子到底是(shì)什(shén)么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同的(de)目(mù)标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的(de)发(fā)现，除了(le)一(yī)个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周(zhōu)期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是(shì)人类(lèi)发现(xiàn)暗(àn)物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年(nián)度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的(de)速(sù)度在(zài)穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系(xì)的方向是一致(zhì)的，而另外半(bàn)年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现了(le)60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可能(néng)有(yǒu)其他(tā)的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度(dù)周期信(xìn)号的差(chà)异也可能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数量也符合(hé)这个周期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了(le)一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和第一个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到相同三件套是哪三件的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存(cún)在(zài)的非(fēi)常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数(shù)据(jù)支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一(yī)台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗(àn)物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科(kē)学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这(zhè)样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的(de)动(dòng)力！

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