宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为(wèi)何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么(me)？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学(xué)家们(men)在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了(le)万(wàn)有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一(yī)定有未(wèi)知的(de)天体通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道的(de)异常，推算并且发现(xiàn)了(le)海(hǎi)王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研(yán)究和测量后发星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千(qiān)个星系(xì)所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量星系(xì)团的质量一(yī)般会使用(yòng)到(dào)两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要(yào)的(de)数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速(sù)度(dù)。当测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度(dù)的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多星系的(de)速(sù)度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他们观(guān)测的(de)结(jié)果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于这(zhè)种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相对标准的(de)方法(fǎ)来(lái)解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们(men)的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于(yú)银河系的(de)第(dì)三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速(sù)度，那么(me)产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可(kě)能(néng)就(jiù)是存在(zài)着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗(àn)物质的(de)存在。科学家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的(de)速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以解(jiě)释(shì)这个现象的(de)原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的(de)微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该(gāi)星系(xì)必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的(de)恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之外(wài)，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式(shì)是(shì)不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学(xué)家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光(guāng)年的规(guī)模(mó)上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊(shū)的(de)效(xiào)果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现(xiàn)在的物(wù)理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为(wèi)暗物(wù)质假(jiǎ)说(shuō)理论each of后面加单数还是复数谓语，each of 后跟单数还是复数(lùn)就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年(nián)的(de)子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团(tuán)所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的(de)时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互作用就会(huì)导致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大部分的(de)质量(liàng)将位于所有这些气(qì)体所在的(de)中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的(de)质量区(qū)域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其(qí)实这(zhè)些星(xīng)系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们(meeach of后面加单数还是复数谓语，each of 后跟单数还是复数n)对子弹星系(xì)团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观(guān)测(cè)到的质量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力(lì)透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部(bù)分表(biǎo)示温(wēn)度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该(gāi)是这(zhè)样的(de)，而随着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星系(xì)当(dāng)中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗(àn)物质(zhì)比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多不同的观(guān)测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在(zài)着(zhe)某(mǒu)种类(lèi)型的(de)粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他的(de)电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种(zhǒng)粒(lì)子的(de)存(cún)在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十(shí)种的(de)假想(xiǎng)目标，而(ér)要(yào)寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒子所需(xū)要(yào)的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没(méi)有任(rèn)何实(shí)质性(xìng)的发现，除了(le)一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的探测(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(lǐ)的(de)科学家声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据(jù)收集(jí)，人(rén)们(men)发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的(de)第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环(huán)绕银(yín)河(hé)系的(de)方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球与太阳的(de)方向正好达(dá)到(dào)完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解(jiě)释，研究人(rén)员(yuán)们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚(shèn)至连意(yì)大利(lì)游客的数(shù)量也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建立了(le)一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由(yóu)于(yú)这(zhè)个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发(fā)射(shè)一台新的望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米实(shí)验室粒(lì)子天体物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这(zhè)一(yī)理论(lùn)得到进一步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物质正在(zài)通过这样的(de)效(xiào)应创造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大(dà)前提是(shì)要(yào)先找到暗(àn)物质存在的(de)实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的动力！

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