宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为何(hé)会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王(wáng)星(xīng)的(de)发现都(dōu)是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的质量(liàng)一般会(huì)使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确(què)定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测(cè)量(liàng)各个(gè)星系的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量(liàng)的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各(gè)个星(xīng)系相对(duì)于星系(xì)团(tuán)的(de)运动速度。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团中很多星(xīng)系的(de)速(sù)度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是(shì)无法将它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不(bù)可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的(de)人们对(duì)这样的(de)一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观(guān)测的结果(guǒ)却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到(dào)宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量进入(rù)其(qí)中(zhōng)。

于是科(kē)学家(jiā)们通过(guò)射电(diàn)望远镜(jìng)测(cè)量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的(de)太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系(xì)的(de)第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗物质的(de)引力效应(yīng)将星系(xì)聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从(cóng)这(zhè)时(shí)开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系(xì)不(bù)多(duō)，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银a4纸一半大的照片是几寸的啊，a4的一半大小的照片是什么尺寸河系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了(le)40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质和(hé)力学定律来解释的(de)。那么又(yòu)有(yǒu)人提出(chū)，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附(fù)近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力(lì)很(hěn)可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的(de)方(fāng)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则是不(bù)同的方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的(de)是在(zài)数(shù)百万光(guāng)年(nián)的(de)规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特(tè)殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现也(yě)让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通(tōng)质量都在星系(xì)的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的(de)急(jí)剧升高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质量(liàng)将位于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(lái)验证它的(de)质量区(qū)域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们可(kě)以明显地看到很(hěn)多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实(shí)这(zhè)些(xiē)星系本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问题，而是(shì)这(zhè)样极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的(de)东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在(zài)中(zhōng)间，而(ér)是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并(bìng)在两边(biān)形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜(jìng)研究也(yě)被认(rèn)为(wèi)是暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的(de)迄(qì)今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)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(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但实际上它(tā)们(men)之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前(qián)景背景(jǐng)分(fēn)离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连(lián)通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样的，而(ér)随着暗物(wù)质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)所需(xū)要(yào)的暗(àn)物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不(bù)同的观(guān)测结(jié)果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何(hé)其他的(de)电磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过引力(lì)来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当(dāng)于找到了(le)暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式(shì)也不相同。在过(guò)去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处(chù)的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声称(chēng)观测到(dào)了(le)某种信号。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集(jí)，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当中每(měi)年(nián)都是一(yī)样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另(lìng)外(wài)半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的(de)时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜(xié)，但(dàn)是(shì)这(zhè)并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的(de)情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号(hào)的差异(yì)也(yě)可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学(xué)家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之前的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的(de)运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就是(shì)探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探(tàn)测的结(jié)果，我们(men)只(zhǐ)能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样(yàng)的效应创造(zào)生命。当然(rán)，这(zhè)些(xiē)推论的大前提是(shì)要(yào)先找到(dào)暗物质存在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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