宇宙是(shì)“人(rén)为制(zhì)造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科(kē)学(xué)家们(men)在过去的几(jǐ)十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是(shì)却(què)没(méi)有发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据(jù)。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年(nián)出(chū)版的(de)自(zì)然哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规(guī)律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会(huì)害人精类似的三字词，像害人精这样的三字成语你还知道哪些知道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的(de)天体通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒(héng)星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星(xīng)系(xì)或者是(shì)星团的尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究和测(cè)量后发星系(xì)团(tuán)的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需(xū)要(yào)的数据(jù)是测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团中的(de)各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了(le)这样部(bù)分不(bù)可(kě)见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当(dāng)时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变。可(kě)是根据(jù)牛顿(dùn)的(de)万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没有(yǒu)足够大(dà)的(de)质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这(zhè)种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异(yì)常的(de)结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们(men)通(tōng)过射电望远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不(bù)例外(wài)，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理论(lùn)速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向心加速(sù)度(dù)的原因很可能就是存(cún)在(zài)着一种我们看不(bù)到的物(wù)质(zhì)，是(shì)这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物(wù)质的存在。科(kē)学家根据(jù)星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整(zhěng)个(gè)星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿(yì)光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星(xīng)运(yùn)动是可以(yǐ)用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式是不(bù)同的，这(zhè)意味着(zhe)在行(xíng)星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着它们的(de)轨道(dào)，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的(de)相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用(yòng)，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做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)在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于(yú)暗(àn)物质存在(zài)的(de)其他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大部(bù)分的普通(tōng)质量(liàng)都在星系的(de)气(qì)体(tǐ)当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体的相互(hù)作用就会(huì)导致温度(dù)的急剧升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的(de)天(tiān)体和我们地球上的观测(cè)者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西的(de)引力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发(fā)生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时(shí)候(hòu)，发现它(tā)的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的(de)质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了(le)这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗(àn)物质存在的迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的(de)部分表示(shì)温度较高的区(qū)域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二(èr)值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地(dì)解释了很(hěn)多(duō)不同的观(guān)测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类(lèi)型的(de)粒子(zi)，它(tā)们不(bù)参与任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过(guò)引力来相互作(zuò)用。所以如(rú)果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存(cún)在，就相当于(yú)找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需要的(de)实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不(b害人精类似的三字词，像害人精这样的三字成语你还知道哪些ù)见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何(hé)实(shí)质(zhì)性的发现，除(chú)了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质(zhì)会(huì)产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了(le)太(tài)阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么(me)如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在(zài)以这(zhè)样的速(sù)度在穿(chuān)越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一(yī)致的(de)，而另外半(bàn)年则(zé)与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年度周期信号(hào)的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特征和第一(yī)个实验(yàn)室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得(dé)到(dào)相同的信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目前还无法提(tí)供(gōng)相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的(de)视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一(yī)种神秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物(wù)质会不(bù)会意(yì)味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角落的(de)行星上，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是要(yào)先找到(dào)暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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