宇宙是(shì)“人为(wèi)制(zhì)造(zào)”的？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们(men)在过去的(de)几十年当中(zhōng)进行(xíng)了(le)超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却(què)没有发现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，它揭(jiē)示了(le)宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力(lì)定(dìng)律的(de)时候，他们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的存(cún)在(zài)。另外，哈(hā)雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开(kāi)始变得(dé)诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要(yào)的数据是测(cè)量各个星系(xì)的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星(xīng)系团中的各个(gè)星系相对于星系团的(de)运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻(chè)底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然(rán)是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的(de)过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见(jiàn)星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将(jiāng)它(tā)们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提(tí)出了(le)这(zhè)样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发(fā)散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大(dà)部(bù)分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才(cái)再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速(sù)度就会越慢(màn)。但是他(tā)们观(guān)测的结果却让人感到(dào)不可思议2022年中国人平均身高是多少，中国最新身高统计数据。

随着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系(xì)当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大的(de)质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家(jiā)们会(huì)使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗(àn)物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于(yú)是科(kē)学家们通过射(shè)电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星系(xì)中心(xīn)更(gèng)远距离(lí)的(de)氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于理论(lùn)速度(dù)，那么产生以上这种向心(xīn)加速度(dù)的原因很可能就是存在着一种我们(men)看不(bù)到的(de)物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现速度(dù)上的(de)微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学(xué)家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年(nián)，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河系(xì)的千(qiān)分之一(yī)。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时(shí)的详细(xì)测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物(wù)质的假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是(shì)人(rén)类(lèi)对引力的(de)理解还不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着(zhe)它(tā)们(men)的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不(bù)同的(de)方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数(shù)百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大(dà)的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际(jì)气体的相互(hù)作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的(de)急剧(jù)升高，速(sù)度大(dà)幅(fú)降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验证它(tā)的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片(piàn)，在照片(piàn)中(zhōng)我们(men)可(kě)以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天体可能是超(chāo)大(dà)质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子弹星系(xì)团(tuán)观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区域并不是(shì)在中(zhōng)间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好(hǎo)的(de)解释方法就是(shì)当(dāng)星团(tuán)发生(shēng)全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的(de)理(lǐ)论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)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宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微波辐(fú)射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学家们(men)通(tōng)过对前景背(bèi)景分离后的二值图(tú)像进行连(lián)通(tōng)域(yù)提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要的暗物(wù)质(zhì)大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释(shì)了很(hěn)多不(bù)同的观测(cè)结(jié)果。而(ér)暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只通过引(yǐn)力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实验方式(shì)也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地学(xué)实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层(céng)楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称(chēng)观测到了(le)某种信号。经过了20多(duō)年的(de)数据收集，人(rén)们(men)发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月(yuè)份(fèn)达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可能是(shì)人类(lèi)发现暗(àn)物(wù)质(zhì)的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银(yín)河系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在(zài)以这样的速(sù)度在穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年(nián)则(zé)与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿越暗物(wù)质(zhì)流(liú)最快的(de)时段。而(ér)在11月(yuè)份，又(yòu)恰好(hǎo)达到(dào)了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在(zài)实际(jì)的(de)情况中，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这(zhè)个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可(kě)以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn2022年中国人平均身高是多少，中国最新身高统计数据)至连意大利(lì)游客的(de)数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是(shì)一(yī)样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供(gōng)相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的(de)用途(tú)就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费(fèi)米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极(jí)有可能(néng)拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说(shuō)是生(shēng)命进(jìn)化的(de)一(yī)个(gè)重要因素。

如(rú)果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的(de)大前提是要先找到暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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