宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造(zào)”的(de)？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释(shì)的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物(wù)质(zhì)又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们(men)在过去的(de)几十(shí)年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学(xué)数(shù)学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学(xué)家们发(fā)现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定(dìng)有未知(zhī)的天(tiān)体(tǐ)通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现都是(shì)应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度(dù)当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系(xì)或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹(zī)威基正在研究和测(cè)量后发星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个由数(shù)千(qiān)个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的(de)质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的(de)运动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法将它们束(shù)缚在(zài)星(xīng)系团内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的(de)力(lì)量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却(què)占据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在(zài)观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在(zài)其(qí)轨道上(shàng)的运(yùn)行(xíng)速度就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测的(de)结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)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(qì)体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入其(qí)中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜测(cè)量(liàng)了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛(niú)顿的(de)力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算，太(tài)阳系的(de)运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着(zhe)一(yī)种我们(men)看(kàn)不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗(àn)物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗(àn)物质的(de)质(zhì)量占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一可以解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒(héng)星(xīng)之间，也(yě)会(huì)出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河(hé)系(xì)不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测(cè)量(liàng)之后，发(fā)现星系(xì)中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的(de)物(wù)质(zhì)和力学(xué)定律(lǜ)来解释的(de)。那么(me)又(yòu)有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了暗物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对(duì)引(yǐn)力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方式(shì)。对于(yú)在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还(hái)引入了(le)外部场效(xiào)应(yīng)的概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产(chǎn)生(shēng)对(duì)彼此(cǐ)特殊的(de)效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)需要(yào)对(duì)现(xiàn)在的(de)物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也(yě)让(ràng)很多人认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但(dàn)是(shì)在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中还有(yǒu)关(guān)于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大(dà)部分(fēn)的普通质量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气(qì)体的(de)相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体所在的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通(tōng)过(guò)什(shén)么(me)来验证(zhèng)它(tā)的质量区域(yù)到底是不是(shì)集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什(shén)么(me)问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系(xì)的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通过了这个(gè)区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在(zài)的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它们(men)之(zhī)间的温差(chà)只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样的(de)，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一些(xiē)峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的(de)测量值，我们需要的(de)暗物质大约是(shì)普(pǔ)通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了(le)一个简单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗(àn)物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科(kē)学家们(men)已经提(tí)出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式(shì)也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规(guī)物(wù)质(zhì)相(xiāng)互(hù)作(zuò)用的(de)“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三(sān)层楼高的探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一(yī)些科学(xué)家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系(xì)进行移动(dòng)，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度(dù)在穿(chuān)越(yuè)着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系的方向是一致(zhì)的(de)，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认(rèn)为这可以用来解释，研究人(rén)1tbsp等于多少克细砂糖，1.5g盐大概有多少员们所(suǒ)观测到的周期(qī)性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号的差异也(yě)可能是温度、湿(shī)度(dù)、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半(bàn)球建立了(le)一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿(chuān)过(guò)暗(àn)物质流的(de)运动特征和(hé)1tbsp等于多少克细砂糖，1.5g盐大概有多少第(dì)一个实(shí)验(yàn)室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得(dé)到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至目前还(hái)无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一(yī)个(gè)关键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待了(le)。费米实验室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯(sī)特芬研(yán)究发(fā)现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化的(de)一个(gè)重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那(nà)么(me)遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前提(tí)是(shì)要(yào)先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实(shí)际证(zhèng)据。那(nà)么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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