宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却没有发(fā)现任何(hé)的有效(xiào)证据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动(dòng)的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家们发现某(mǒu)些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天(tiān)王星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推算并且发(fā)现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的(de)尺度(dù)，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测量星系(xì)团的质(zhì)量(liàng)一(yī)般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移测量星系(xì)团中的各(gè)个星(xīng)系相对于(yú)星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当(dāng)测量(liàng)结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的(de)引力(lì)是(shì)无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是(shì)当时(shí)的人们对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再(zài)一次(cì)出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学(xué)家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是(shì)测(cè)量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中(zhōng)心的(de)距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度(dù)。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的(de)旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速(sù)度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们(men)看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在(zài)了一(yī)起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究当中，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会(huì)出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常(cháng)的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必(bì)须存(cún)在暗(àn)物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进(jìn)行了(le)40个(gè)小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是(shì)可(kě)以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力(lì)的(de)理解还不够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的(de)工作方(fāng)式是不同(tóng)的(de)，这意味(wèi)着在行星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还(hái)引入了外部(bù)场效应(yīng)的(de)概(gài)念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很(hěn)多(duō)人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在的其他(tā)的(de)理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系(xì)的气体当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的(d大闸蟹几月份开始上市，大闸蟹几月份最好吃e)时候，星际气(qì)体的(de)相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间(jiān)区(qū)域。那么(me)我们通过什么来验证它(tā)的质量区域(yù)到(dào)底是不是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全(quán)彩的(de)高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其(qí)实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上(shàng)的(de)观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可(kě)能是超(chāo)大(dà)质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观(guān)测的(de)时(shí)候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并不是(shì)在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所(suǒ)以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了(le)这个(gè)区(qū)域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了(le)各(gè)相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过(guò)对前景背(bèi)景分离后的二值(zhí)图像进(jìn)行(xíng)连通域提(tí)取和标记(jì)之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测(cè)量(liàng)值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗物质(zhì)比例是(shì)一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一(yī)个(gè)简单的(de)理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的(de)观测结果。而暗(àn)物质的(de)本质就是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用。所以如(rú)果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也(yě)不相同。在(zài)过去的(de)几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎(hū)不(bù)会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地(dì)学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事(shì)情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这(zhè)可能(néng)是人类发现暗(àn)物质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会产(chǎn)生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太(tài)阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在以这样的(de)速(sù)度在(zài)穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个(gè)过程(chéng)中会产生相应(yīng)的振荡，同(tóng)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(bàn)年的(de)时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的(de)方向(xiàng)是(shì)一致的(de)，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一(yī)致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以(yǐ)用来(lái)解释，研究人(rén)员们所观(guān)测(cè)到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的(de)差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立了(le)一个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里的(de)季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的(de)运动特征(zhēng)和第一个实(shí)验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可以得到相同的(de)信号，就(jiù)可以成为暗物(wù)质所存在的(de)非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由(yóu)于这个(gè)实验(yàn)室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提(tí)供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射(shè)一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个(gè)关(guān)键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的(de)结果，我(wǒ)们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发(fā)现(xiàn)，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们(men)极(j大闸蟹几月份开始上市，大闸蟹几月份最好吃í)有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不会(huì)意味着人类并不(bù)孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动力！

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