宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻(xún)找暗(àn)物质存在的证据，科学家(jiā)们(men)在过去的几(jǐ)十(shí)年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数(shù)学原(yuán)理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛(niú)顿发(fā)表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的(de)几磨刀不误砍柴工这句话是什么意思-简短介绍，磨刀不误砍柴工相似的句子百年来，当(dāng)天文学家们(men)发(fā)现某些天(tiān)体运(yùn)行(xíng)轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定(dìng)律的(de)时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体(tǐ)通过(guò)引力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星(xīng)的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和测(cè)量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数(shù)千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的(de)各个星系相对于星系(xì)团(tuán)的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引(yǐn)力(lì)是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是(shì)当时(shí)的(de)人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛(niú)顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学家们(men)会(huì)使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方(fāng)法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心(xīn)的(de)距(jù)离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距(jù)离的(de)氢(qīng)元素(sù)，发(fā)现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的(de)第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科(kē)学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质(zhì)量占(zhàn)整个(gè)星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质并不是(shì)唯一可(kě)以解(jiě)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(hū)没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上，该星(xīng)系必须(xū)存(cún)在暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时(shí)的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常(cháng)的物质和(hé)力学(xué)定(dìng)律来解释的(de)。那么又有人(rén)提(tí)出，也许(xǔ)该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造(zào)成这些现象的除了(le)暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是(shì)人类(lèi)对(duì)引力的理解还不(bù)够(gòu)全面，引力(lì)很(hěn)可(kě)能(néng)在(zài)不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体会(huì)沿着(zhe)它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到(dào)星系和(hé)星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨(jù)大的(de)质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需(xū)要(yào)对(duì)现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多(duō)人(rén)认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗(àn)物质(zhì)存(cún)在(zài)的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似这样(yàng)的(de)星团，它们大(dà)部(bù)分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子(zi)弹星(xīng)系(xì)团(tuán)大(dà)部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区域(yù)。那(nà)么(me)我们通过什(shén)么来验证它的(de)质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照(zhào)片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更(gèng)遥远星系(xì)的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力(lì)透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发(fā)生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜(jìng)。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的(de)理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以(yǐ)畅通(tōng)无(wú)阻地(dì)穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度(dù)较(jiào)高的(de)区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后(hòu)的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通(tōng)域(yù)提取和标记(jì)之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框架，就很好地(dì)解(jiě)释(shì)了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其(qí)他(tā)的电磁作用，只通过(guò)引力来相互(hù)作(zuò)用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了(le)数(shù)十种的(de)假想目标，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所需要的(de)实验方式(shì)也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了(le)一个(gè)地(dì)方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测(cè)器，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学家声称观(guān)测到(dào)了某(mǒu)种信(xìn)号。经过(guò)了20多年(nián)的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率(lǜ)会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年(nián)当中每年都是一(yī)样。一些科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是(shì)为什么(me)暗物质会(huì)产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了(le)太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕(rào)银(yín)河(hé)系的(de)方(fāng)向是(shì)一致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之相反。

而(ér)在6月份的(de)时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物(wù)质流(liú)最快的(de)时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面(miàn)呈(chéng)现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释(shì)，研(yán)究(jiū)人员(yuán)们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度(dù)周期信号的差异也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数(shù)量也(yě)符合这个周(zhōu)期(qī)的规律。