宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任何(hé)的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符合(hé)万(wàn)有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星的(de)发现都是应用万(wàn)有引力(lì)定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我(wǒ)们(men)上升到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨(jù)大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系(xì)团(tuán)的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的(de)范围。

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

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的(de)速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量所产生的(de)引力是(shì)无法将它(tā)们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对这(zhè)样的一(yī)种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才(cái)再一次(cì)出现(xiàn)。天文(wén)学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们(men)观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变(biàn)。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这(zhè)种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释(shì)暗(àn)物质的存在，这种方法就是测(cè)量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系(xì)中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因(yīn)很可能(néng)就是(shì)存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越(yuè)多(duō)的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究(jiū)当(dāng)中，科(kē)学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必须(xū)存(cún)在(zài)暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中的(de)恒(héng)星运动是可以用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着在行(xíng)星系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的(de)方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方式(shì)。对于在星系团之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年(nián)的(de)规模上，巨大的(de)质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现(xiàn)在的(de)物理定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这些发(fā)现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰(pèng)撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它(tā)们(men)大(dà)部分的(de)普通(tōng)质量(liàng)都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会(huì)导致温度的(de)急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的(de)质量将位于(yú)所有这些气体所在的(de)中间区(qū)域。那(nà)么我们(men)通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底是不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而(ér)是这(zhè)样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超(chāo)级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量的东西(xī)的(de)引力(lì)，会(huì)使身后(hòu)更遥远星系的(de)光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们(men)对子弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现它的大质量(liàng)区域并不(bù)是(shì)在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是(shì)当(dāng)星团(tuán)发(fā)生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)的迄今(jīn)为止最好的(de)理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外(wài)，还(hái)有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之(zhī)后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通(tōng)无(wú)阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿(yì)年(nián)之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过(guò)对前景(jǐng)背景分(fēn)离后(hòu)的二(èr)值图(tú)像(xiàng)进行连通域提(tí)取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)22寸是多少厘米来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物(wù)质(zhì)的(de)增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何(hé)其他(tā)的电(diàn)磁作用(yòng)，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能(néng)够找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们(men)已经提出(chū)了数十种的(de)假想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式也不相同。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经进行了(le)超过(guò)50次的(de)实(shí)验(yàn)，却没有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地(dì)球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观(guān)测到了(le)某种信号(hào)。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年(nián)的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在(zài)20年当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的(de)第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向与太阳环绕(rào)银河系的(de)方向是一致的，而(ér)另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在(zài)6月(yuè)份的(de)时候，地(dì)球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完(wán)全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时(shí)段。而(ér)在(zài)11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的(de)情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不(bù)影响这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可(kě)能(néng)有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的(de)差异(yì)也(yě)可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客的数量(liàng)也(yě)符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)又在南半球建立了(le)一个几(jǐ)乎相同的(de)实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜(jìng)大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米实(shí)验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角(jiǎo)落的(de22寸是多少厘米)行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在(zài)通(tōng)过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大前(qián)提(tí)是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗(àn)物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新的(de)动力！

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