宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的(de)证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却(què)没有发(fā)现任(rèn)何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且(qiě)发现(xiàn)了海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取得重大(dà)天文(wén)成(chéng)就的例子(zi)。但是(shì)这些发(fā)现都是(shì)在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星(xīng)系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异(yì)了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在(zài)研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力(lì)学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存(cún)在，我们无(wú)法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)中(zhōng)很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们(men)束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它(tā)们(men)早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物(wù)质。

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据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大(dà)部分的质量。只是当时(shí)的人们对(duì)这样的(de)一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的(de)运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测(cè)的结(jié)果却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家(jiā)们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距(jù)离(lí)星(xīng)系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它(tā)们的旋(xuán)转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个(gè)实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到(dào)的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从(cóng)这时开(kāi)始，越(yuè)来(lái)越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质(zhì)的(de)存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速(sù)度(dù)上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发(fā)现了一(yī)个反(fǎn)常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系(xì)的千(qiān)分(fēn)之一。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的(de)物质(zhì)和力学定律来(lái)解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出(chū)，也许(xǔ)该星(xīng)系的(de)暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的(de)另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没(méi)有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一(yī)种可能(néng)就是人(rén)类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味(wèi)着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体会(huì)沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的(de)相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的(de)规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味着我们需要(yào)对(duì)现在的物理定律进(jìn)行(xíng)修正，这(zhè)些发现也(yě)让(ràng)很多人认(rèn)为暗物(wù)质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样的星(xīng)团(tuán)，它们(men)大(dà)部分的普通(tōng)质量都在星系的(de)气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作用就会(huì)导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在(zài)的中间(jiān)区域(yù)。那么我(wǒ)们(men)通过什(shén)么来(lái)验证它的质量(liàng)区域到(dào)底(dǐ)是不是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的(de)高(gāo)清(qīng)照片，在(zài)照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时(shí)候，发现它(tā)的(de)大质量区域(yù)并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是(shì)当(dāng)星(xīng)团发生全部的(de)碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个区域(yù)，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是(shì)暗物(wù)质存在的(de)迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可(kě)以畅(chàng)通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际上它们之(zhī)间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离(lí)后(hòu)的二值图像进行连通域(yù)提(tí)取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不(bù)应该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约(yuē)是(shì)普(pǔ)通(tōng)物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简单(dān)的(de)理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互(hù)作用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们(men)已经提出(chū)了数(shù)十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目(mù)标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的(de)实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了(le)超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实(shí)验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科(kē)学家(jiā)声(shēng)称(chēng)观测到了(le)某种信号。经过(guò)了(le)20多(duō)年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的(de)事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银(yín)河系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以(yǐ)这(zhè)样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的(de)振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达(dá)到完全一(yī)致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号(hào)的差异也(yě)可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎(hū)相(xiāng)同的(de)实(shí)验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流(lenjoy可数吗，joy可不可数iú)的运动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是(shì)一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但(dàn)是由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太(tài)空(kōng)望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进化的(de)一个重要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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