宇(yǔ)宙(zhòu)是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却没(méi)有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)的时候(hòu)，他(tā)们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的(de)天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的(de)异(yì)常，推算并且发(fā)现了海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者是(shì)星团(tuán)的尺度(dù)，事情就(jiù)开始手指的速度越快声音越大，撞得越快叫的声音越变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和测量后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一(yī)个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移(yí)测量星系团(tuán)中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质量并不(bù)以可(kě)见光的形(xíng)式(shì)所存在，我们(men)无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这(zhè)些(xiē)可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系团之外了(le)，除非有一(yī)种神(shén)秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提(tí)出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光(guāng)、反射(shè)光(guāng)，但是它们(men)却(què)占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系(xì)中的(de)恒(héng)星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心越远的(de)恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们(men)观测(cè)的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离(lí)的(de)增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够大(dà)的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相对标准(zhǔn)的(de)方(fāng)法来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗(àn)物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛(niú)顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速(sù)度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加速(sù)度的原因很可能(néng)就是存在(zài)着一种我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力(lì)效应将(jiāng)星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据(jù)星系外恒(héng)星(xīng)轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须存(cún)在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和(hé)力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的(de)假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人类对引力的(de)理解还不(bù)够全面(miàn)，引力(lì)很可能(néng)在不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天(tiān)体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不(bù)同的方式。对(duì)于在(zài)星系团之(zhī)间的(de)相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着(zhe)我们(men)需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结(jié)。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质存在的(de)其他(tā)的(de)理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的(de)“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度(dù)的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的(de)质量将位(wèi)于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通(tōng)过什(shén)么来验证它的质量区域到(dào)底是(shì)不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们可以明显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的(de)形(xíng)变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是真的(de)被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的(de)时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当(dāng)星团发(fā)生全(quán)部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区(qū)域，并(bìng)在两边形成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部(bù)分表示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景背(bèi)景分离(lí)后的(de)二值图像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不(bù)应(yīng)该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗(àn)物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星(xīng)系(xì)当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与手指的速度越快声音越大，撞得越快叫的声音越任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提出(chū)了(le)数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些(xiē)不同的(de)目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的(de)几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了(le)超(chāo)过50次的(de)实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除(chú)了一个(gè)地(dì)方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事(shì)情(qíng)。探测(cè)率会在(zài)每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么(me)暗物(wù)质会产生周(zhōu)期(qī)性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕着银河(hé)系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)也在以(yǐ)这(zhè)样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可以用来(lái)解释，研究人员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异(yì)也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利(lì)游客的(de)数量(liàng)也(yě)符合(hé)这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动特征和(hé)第一个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由(yóu)于这个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至(zhì)目(mù)前(qián)还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极有可能(néng)拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说(shuō)是生命进(jìn)化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步(bù)的证实，那么(me)遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这(zhè)样的效应创造(zào)生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的(de)大前提是(shì)要(yào)先找到(dào)暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

未经允许不得转载：绿茶通用站群 手指的速度越快声音越大，撞得越快叫的声音越