宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会(huì)存在科(kē)学(xué)无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在(zài)过去(qù)的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的(de)时候，他们(men)就会知道(dào)，周围一(yī)定有(yǒu)未知的(de)天体通过(guò)引力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过(guò)天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现(xiàn)了海王星(xīng)的(de)存在(zài)。另外(wài)，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是(shì)应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我们上升到(dào)星(xīng)系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测(cè)量后发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由(yóu)数(shù)千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数据是测量各(gè)个(gè)星系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系(xì)团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者(zhě)说这(zhè)99%的质量(liàng)并不(bù)以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的(de)引(yǐn)力是无(wú)法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它们(men)早就应(yīng)该被(bèi)抛(pāo)出星系团之(zhī)外了，除非有一种神(shén)秘的(de)力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物(wù)质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们(men)却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一(yī)种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再(zài)一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系(xì)中的(de)恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们(men)观测的结果却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当中如果没(méi)有(yǒu)足够大(dà)的质(zhì)量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们(men)会使用一(yī)种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星(xīng)系(xì)当(dāng)中气体(tǐ)在(zài)X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的(de)结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据(jù)万(wàn)有引力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)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(de)原因很可(kě)能就是存在着一种我(wǒ)们(men)看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道的速(sù)度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一(yī)项新(xīn)的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微(wēi)小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发现了一个(gè)反常(cháng)的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系(xì)的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进(jìn)行(xíng)了(le)40个小时的(de)详细测(cè)量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学定(dìng)律来解释(shì)的(de)。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附(fù)近的另一个大(dà)星系(xì)剥离了(le)。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这些现象的(de)除(chú)了暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可能(néng)就是人类对(duì)引力的理解(jiě)还不(bù)够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺(chǐ)度(dù)空(kōng)间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在(zài)行星(xīng)系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照(zhào)我们所理解(jiě)的方(fāng)式(shì)运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用(yòng)则是不同(tóng)的方式(shì)。对于(yú)在(zài)星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在的其他的理论(lùn)证据(jù)，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释的(de)“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部(bù)分(fēn)的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些(xiē)气(qì)体(tǐ)所在的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不(bù)是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明(míng)显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其(qí)实(shí)这些星系(xì)本身并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个(gè)质(zhì)量超(chāo)级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的(de)大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接(jiē)通过了这个(gè)区域(yù)，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自(zì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了各相同性的(de)微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区(qū)域(yù)，但实(shí)际上它们之间的(de)温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的(de)。这就意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子(zi)，它们(men)不参与(yǔ)任(rèn)何其他(tā)的(de)电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经提出了(le)数十种(zhǒng)的(de)假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规(guī)物(wù)质相(xiāng)互作用的(de)“暗(àn)物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地(dì)学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家(jiā)认为这(zhè)可能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也(yě)在以这(zhè)样的(de)速度(dù)在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完(wán)全(quán)一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相(xiāng)对(duì)银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周期(qī)性(xìng)信号(hào)。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学家们又在(zài)南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特(tè)征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野(yě)是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的(de)结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心(xīn)的(de)科(kē)学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在(zài)，它们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘(mì)的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实weather可数吗感叹句，a bad weather可数吗，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的(de)动力！

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