宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为何会存在(zài)科学(xué)无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中进(jìn)行了(le)超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运行(xíng)轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹(zī)威(wēi)基正在研(yán)究和测量后发(fā)星系(xì)团的质量(liàng)。这是一(yī)个(gè)由数千个星系(xì)所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系(xì)团的质量一般会(huì)使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的(de)光度。

第二(èr)种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的(de)各(gè)个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速(sù)度比理论(lùn)上要(yào)快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见(jiàn)星系的(de)质量所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它们(men)早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团(tuán)之(zhī)外了(le)，除非有一种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是(shì)当时的人们(men)对(duì)这(zhè)样的(de)一种说法(fǎ)不(bù)屑一(yī)顾。

直到(dào)40年(nián)之(zhī)后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的(de)结(jié)果(guǒ)却让人感到不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的(de)质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存(cún)在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其(qí)中。

于是(shì)科学家们(men)通过射电望远镜测量(liàng)了距(jù)离星系(xì)中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符(fú)合(hé)牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研(yán)究人(rén)员(yuán)开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个(gè)星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释(shì)这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一项新的(de)研(yán)究当中，科学(xué)家们(men)发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在(zài)的(de)恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

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所以在理论上(shàng)，该星系(xì)必须存(cún)在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的(de)详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常(cháng)的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附(fù)近(jìn)的另一(yī)个(gè)大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一(yī)种可(kě)能就(jiù)是(shì)人类对引(yǐn)力的(de)理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意(yì)味着(zhe)在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它(tā)们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到(dào)星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效应(yīng)的(de)概念(niàn)，指(zhǐ)的是(shì)在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的其他的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量(liàng)都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在(zài)的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到(dào)很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观测的(de)时候，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不是(shì)在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释方法就是(shì)当(dāng)星团(tuán)发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区(qū)域，并在(zài)两边形成了(le)引(yǐn)力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在(zài)的(de)迄(qì)今为(wèi)止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万(wàn)年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多亿年(nián)之后(hòu)，这些(xiē)光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度(dù)较(jiào)高的区(qū)域(yù)，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科(kē)学(xué)家们通(tōng)过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连(lián)通域提(tí)取和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例(lì)是一致(zhì)的。这就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的(de)理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了(le)很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型(xíng)的(de)粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的(de)存在(zài)，就相当于找到(dào)了暗物质(zhì)存(cún)在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行了(le)超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的(de)发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的地(dì)学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每(měi)年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一些科学家认为这(zhè)可能是(shì)人类(lèi)发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过(guò)程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全(quán)一(yī)致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度周期信(xìn)号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连意(yì)大利游客的数量也符合这个(gè)周期的(de)规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又(yòu)在(zài)南半球(qiú)建(jiàn)立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的(de)实验(yàn)室，这(zhè)里的(de)季节与之(zhī)前(qián)的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里(lǐ)可(kě)以得(dé)到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它(tā)的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的(de)用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可能拥有另(lìng)一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推(tuī)论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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