宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年(nián)来，当天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就(jiù)会知道(dào)，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道(dào)的(de)异常(cháng)，推算并(bìng)且发(fā)现了(le)海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力(lì)定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都(dōu)是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在研究和(hé)测(cè)量后发星系团的(de)质量。这是一个(gè)由(yóu)数千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量(liàng)各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出(chū)来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量(liàng)并(bìng)不以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(dù)的过(guò)程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的(de)速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外(wài)了(le)，除非有一(yī)种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐(yǐn)形的(de)物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了(le)这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质(zhì)”这个词才再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒(héng)星在其(qí)轨道上的(de)运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据牛(niú)顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗物质的(de)存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距(jù)离星系中心的距(jù)离(lí)，以(yǐ)及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心(xīn)更(gèng)远距离的(de)氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符(fú)合(hé)牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速(sù)度的原因很可能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在(zài)了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多的(de)研究人(rén)员(yuán)开始相信(xìn)暗(àn)物质的(de)存在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现了一个反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时(shí)的(de)详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的物质和力学(xué)定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附(fù)近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任(rèn)何星系(xì)存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的(de)除了(le)暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人(rén)类对引(yǐn)力的(de)理解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们所理解(jiě)的(de)方式运动。但(dàn)是(shì)上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学(xué)家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年的规(guī)模(mó)上，巨大的(de)质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要(yào)对(duì)现在的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这(zhè)些发现(xiàn)也(yě)让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质(zhì)存在的其他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据(jù)是(shì)蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类(lèi)似(shì)这样(yàng)的星(xīng)团，它们大(dà)部分的普通质量都在星(xīng)系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气(qì)体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度(dù)的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其(qí)实这些(xiē)星(xīng)系(xì)本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的(de)观(guān)测(cè)者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方法就(jiù)是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。经(jīng)过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背(bèi)景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们之间的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家们(men)通过对(duì)前(qián)景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹(200克是几两 200克是多少毫升pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这(zhè)个数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们(men)不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是(shì)什么(me)？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻(xún)找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子(zi)所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超(chāo)过50次的(de)实验，却(què)没(méi)有任何实质性的发(fā)现，除了(le)一个(gè)地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力(lì)于寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每(měi)年(nián)的6月份达(dá)到(dào)峰值(zhí)，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可(kě)能(néng)是(shì)人类(lèi)发现暗(àn)物质的(de)第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会产生周期性(xìng)的(de)年(nián)度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则(zé)与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的(de)时(shí)候，地球与太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到完全(quán)一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银(yín)河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他(tā)的(de)情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度(dù)周期(qī)信号的差异(yì)也(yě)可(kě)能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在(zài)南(nán)半球建立了一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室，这里的(de)季(jì)节与之前的(de)实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特(tè)征和(hé)第(dì)一个实(shí)验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里(lǐ)可以(yǐ)得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以成为(wèi)暗物质200克是几两 200克是多少毫升(zhì)所存在的非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提(tí)供相应的(de)数据(jù)支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前(qián)提(tí)是要先找到暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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