宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造(zào)”的(de)？为何(hé)会存在科学无法解(jiě)释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科学家们在(zài)过去的几十年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的(de)长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的(de)有效(xiào)证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨(sà)克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的(de)轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的例子(zi)。但是这些发现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在研(yán)究和(hé)测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量(liàng)星(xīng)系团(tuán)的(de)质量一般会(huì)使用(yòng)到(dào)两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就(jiù)可以确(què)定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对(duì)于星系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然(rán)是“光(guāng)度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后(hòu)发(fā)座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的速度比理论(lùn)上(shàng)要快得(dé)多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量(liàng)来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是当时的(de)人们(men)对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学(xué)家(jiā)维拉(lā)鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外(wài)，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系(xì)中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算(suàn)，太(tài)阳(yáng)系的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速(sù)度的(de)原因(yīn)很可(kě)能就是存在(zài)着(zhe)一种我们(men)看不到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚集在了(le)一起。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来越(yuè)多的(de)研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道(dào)的(de)速度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的(de)质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的(de)研(yán)究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的微小差(chà)异。另(lìng)外(wài)，天文学家还(hái)发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距(jù)离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先(xiān)进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的(de)物质和力(lì)学定(dìng)律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系(xì)的(de为什么球星都觉得梅西是最佳)暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造(zào)成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它(tā)们的(de)轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对(duì)于(yú)在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间(jiān)会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对(duì)现在(zài)的物理定律(lǜ)进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在的其他的(de)理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温(wēn)度(dù)的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质量(liàng)将位(wèi)于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什(shén)么(me)来(lái)验证它(tā)的质量区(qū)域(yù)到(dào)底是(shì)不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上(shàng)的(de)观测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这个巨(jù)大(dà)的天体可能是(shì)超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了各相同性(xìng)的(de)微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示(shì)相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的(de)，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒(héng)星(xīng)运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一(yī)致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单的理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的(de)观测结果。而(ér)暗物质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不(bù)同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类(lèi)为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的(de)实(shí)验，却没有任(rèn)何(hé)实质性的发现，除了(le)一(yī)个地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯(sī)山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井当中，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的探测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的(de)数(shù)据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是(shì)一(yī)样(yàng)。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可(kě)能(néng)是(shì)人(rén)类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年(nián)度信(xìn)号(hào)呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河系(xì)进行移动，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这(zhè)样(yàng)的(de)速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与太(tài)阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可(kě)以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异(yì)也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的(de)实(shí)验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的实(shí)验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一(yī)样的。