宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为(wèi)何会(huì)存(cún)在(zài)科学无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的证据，科(kē)学家们(men)在(zài)过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行了(le)超过50次的长期实验，但是却(què)没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原(yuán)理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)出(chū)现异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有(yǒu)未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的前肖是指哪几个生肖存在(zài)。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的(de)例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或者是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中的各(gè)个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动速(sù)度(dù)。当测量(liàng)结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测(cè)量速度(dù)的过程中，兹(zī)威基发(fā)现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚(fù)在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对(duì)这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道(dào)上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测(cè)的结果却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没(méi)有足够大的(de前肖是指哪几个生肖)质量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学(xué)家们会使用一种相对(duì)标(biāo)准的方(fāng)法来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学(xué)家们(men)通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速(sù)度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际速度远远大(dà)于理论速(sù)度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向心加速度(dù)的原因(yīn)很可能就是存在(zài)着(zhe)一种我们看不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家(jiā)根(gēn)据(jù)星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗(àn)物质的(de)质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在(zài)一项新的(de)研究当(dāng)中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的(de)微小差异(yì)。另外，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2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是星系(xì)当中存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家们使用最先(xiān)进的(de)望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正(zhèng)常的物(wù)质和力学定(dìng)律来解释的。那么(me)又(yòu)有人(rén)提(tí)出(chū)，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了(le)暗物质的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类(lèi)对(duì)引力的理解(jiě)还(hái)不(bù)够全面，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的(de)工作方式是不(bù)同的(de)，这意味着在(zài)行星系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按(àn)照我们(men)所(suǒ)理解的方(fāng)式运(yùn)动。但是(shì)上升到(dào)星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用则是(shì)不同的(de)方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部(bù)场效应的(de)概念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需(xū)要(yào)对(duì)现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗(àn)物质(zhì)假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于(yú)暗(àn)物质存在的其他(tā)的(de)理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这(zhè)样(yàng)的(de)星团，它们大部(bù)分的(de)普通质量都在(zài)星系的(de)气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际(jì)气(qì)体的(de)相互作用就会导致(zhì)温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥远的(de)天体和我们(men)地(dì)球上的(de)观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能(néng)是(shì)超(chāo)大质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不(bù)是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释(shì)方(fāng)法就是(shì)当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的(de)质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则直接(jiē)通过了(le)这个区域(yù)，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分(fēn)离(lí)后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通(tōng)域(yù)提取和标记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来(lái)不应(yīng)该是这(zhè)样的(de)，而随着(zhe)暗物(wù)质(zhì)的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要(yào)的(de)暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意(yì)味着。

用了(le)一个简单(dān)的理论框架，就(jiù)很好地解释(shì)了(le)很多不同的观测(cè)结(jié)果(guǒ)。而暗(àn)物质的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来(lái)相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到这种粒子(zi)的存(cún)在，就(jiù)相当(dāng)于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们(men)已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式(shì)也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了(le)寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最(zuì)大的(de)地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称(chēng)观测到了(le)某种信号(hào)。经过(guò)了20多年的(de)数据(jù)收集(jí)，人(rén)们发现了(le)一个有趣的(de)事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一(yī)样。一(yī)些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个(gè)直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)太(tài)阳(yáng)进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系的方向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了(le)60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可以(yǐ)用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第(dì)一个实(shí)验室(shì)是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的(de)望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同(tóng)，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的(de)视野是(shì)哈勃(bó)红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的(de)用途(tú)就是探索(suǒ)暗(àn)物质(zhì)背后的(de)奥秘，对(duì)于探测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物质会不(bù)会意味着人(rén)类(lèi)并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的大前提(tí)是(shì)要先找到暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力(lì)！

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