宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们(men)在过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当中(zhōng)进行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但(dàn)是(shì)却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文学(xué)家(jiā)们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的存(cún)在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研(yán)究和(hé)测(cè)量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的(de)质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

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

第二(èr)种是(shì)动力(lì)学质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测(cè)量星系团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度(dù)。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的(de)质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星(xīng)系团中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除非有一(yī)种神(shén)秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于(yú)某种隐(yǐn)形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基提出了(le)这样部(bù)分不可(kě)见(jiàn)的暗质(zhì)，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的(de)人(rén)们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足(zú)够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异(yì)常的结(jié)果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的(de)力量进入(rù)其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不(bù)例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银(yín)河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的(de)运行(xíng)速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度的(de)原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算在星系(xì)当中(zhōng)暗物(wù)质的(de)质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学(xué)家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是(shì)星系当(dāng)中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的(de)千分之(zhī)一(yī)。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科(kē)学家们使用最先进的望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时(shí)的详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常(cháng)的(de)物质和力学定律来解释(shì)的(de)。那(nà)么又有人(rén)提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的(de)另(lìng)一个大(dà)星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在(zài)。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的(de)假说之外(wài)，另一种可(kě)能就(jiù)是人类(lèi)对引(yǐn)力(lì)的(de)理解(jiě)还不(bù)够(gòu)全面，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在(zài)行星(xīng)系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于(yú)在(zài)星系团之间(jiān)的(de)相互(hù)作用，科(kē)学(xué)家(jiā)还引入了外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的(de)是(shì)在(zài)数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成(chéng)立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质(zhì)穿着高跟鞋的女奥特曼，穿红色高跟鞋的奥特曼假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有关于(yú)暗物质存(cún)在(zài)的(de)其他的理论(lùn)证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高(gāo)清(qīng)照片(piàn)，在照(zhào)片中(zhōng)我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨(jù)大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了(le)什么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体(tǐ)和我们(men)地(dì)球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的东西的(de)引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系(xì)团观测(cè)的时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就是当星团发(fā)生全部(bù)的(de)碰撞时，可(kě)被(bèi)观测(cè)到的质量气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这个区域，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系(xì)团的(de)引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存(cún)在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最(zuì)古老的光(guāng)。从(cóng)宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相(xiāng)对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们之间的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景(jǐng)背(bèi)景(jǐng)分离(lí)后的二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙微(wēi)波背(bèi)景辐射(shè)的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要(yào)的(de)暗(àn)物质大约是普通物质(zhì)的(de)5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗(àn)物质(zhì)比例(lì)是一(yī)致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不(bù)参与任何其(qí)他的(de)电磁作用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是(shì)什(shén)么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十种的(de)假想目标，而(ér)要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式(shì)也不相同。在过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个(gè)地(dì)方，意(yì)大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最(zuì)大的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学(xué)家(jiā)声称(chēng)观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会在(zài)每(měi)年的(de)6月(yuè)份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发(fā)现暗物质的(de)第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是(shì)为什么(me)暗(àn)物(wù)质会产生周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半(bàn)年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而(ér)在(zài)6月份的(de)时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地球(qiú)穿(chuān)越(yuè)暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实(shí)际的(de)情况中，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观(guān)测(cè)到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季(jì)节(jié)与之前的实验室(shì)正(zhèng)好(hǎo)相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特(tè)征(zhēng)和第一个实验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力(lì)的证(zhèng)据(jù)了。但是由于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前(qián)还无法(fǎ)提(tí)供相(xiāng)应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视(shì)场穿着高跟鞋的女奥特曼，穿红色高跟鞋的奥特曼(chǎng)仪器提供的(de)视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜其(qí)中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物(wù)质存(cún)在(zài)，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的(de)诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化(huà)的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通(tōng)过这样的(de)效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支(zhī)持(chí)是(shì)我更新的动力！

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