宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的(de)？为(wèi)何(hé)会存在科学(xué)无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科(kē)学(xué)家们在过去的(de)几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何(hé)的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运(yùn)动(dòng)的规(guī)律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律的时(shí)候，他(tā)们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道的(de)异常(cháng)，推算并且发现了海王星的(de)存在。另(lìng)外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王(wáng)星的发(fā)现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就的(de)例(lì)子(zi)。但(dàn)是这些(xiē)发现(xiàn)都是在(zài)恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理(lǐ)学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研(yán)究和(hé)测量后(hòu)发星系(xì)团(tuán)的质(zhì)量(liàng)。这(zhè)是(shì)一个由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨(jù)大(dà)星(xīng)系团，这些(xiē)星系(xì)被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量(liàng)星系(xì)团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星系(xì)团的运动速(sù)度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质(zhì)量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量(liàng)”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的(de)质量所产生的引(yǐn)力(lì)是无法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起作用，这(zhè)种力(lì)量来(lái)源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却(què)占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒(héng)星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果(guǒ)没(méi)有足够(gòu)大的(de)质量来吸引它(tā)们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气(qì)体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的(de)结(jié)果，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力(lì)量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们(men)的(de)太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳(yáng)系(xì)的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际(jì)上，太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从这时(shí)开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释(shì)这个现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效(x幸会幸会后面接什么有趣，高情商回复幸会iào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河(hé)系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细(xì)测(cè)量之后，发现星系中的(de)恒(héng)星运动是可以用正常的(de)物质和力(lì)学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么(me)又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何(hé幸会幸会后面接什么有趣，高情商回复幸会)星系存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可(kě)能(néng)就(jiù)是人类对引力的(de)理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系(xì)尺度(dù)中的天体会(huì)沿着它们(men)的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所(suǒ)理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在(zài)数(shù)百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们需(xū)要对现在的物理(lǐ)定律进(jìn)行(xíng)修正(zhèng)，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距(jù)离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系(xì)的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在(zài)的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的(de)质(zhì)量区域到底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了(le)巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的(de)天(tiān)体和(hé)我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的(de)黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团观测的(de)时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并(bìng)不(bù)是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以(yǐ)最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时(shí)，可(kě)被观(guān)测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了这个(gè)区域，并在(zài)两边(biān)形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的(de)迄(qì)今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还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，可见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下(xià)了各相(xiāng)同性的(de)微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但(dàn)实际(jì)上它们之间的(de)温差只有万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对(duì)前景背景分(fēn)离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不(bù)应(yīng)该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的(de)测量(liàng)值，我(wǒ)们(men)需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何(hé)其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于(yú)找到了暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规(guī)物质(zhì)相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山(shān)，隶(lì)属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观(guān)测到了某种信(xìn)号(hào)。经(jīng)过了(le)20多(duō)年的(de)数据(jù)收集，人们发(fā)现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会(huì)在每年的(de)6月(yuè)份达(dá)到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这(zhè)可能是人类(lèi)发现暗(àn)物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会(huì)产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时(shí)地(dì)球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方(fāng)向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质(zhì)流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实(shí)际(jì)的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的(de)数量也符合(hé)这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗(àn)物质所(suǒ)存在(zài)的非常有(yǒu)力(lì)的证据了。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈(hā)勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米(mǐ)实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可(kě)能拥有(yǒu)另(lìng)一(yī)种神秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素(sù)。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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