宇宙是(shì)“人(rén)为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是(shì)什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当(dāng)中进行(xíng)了超过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发(fā)现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不(bù)符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天体通过引力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是应用(yòng)万(wàn)有引力(lì)定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系(xì)统(tǒng)的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我们(men)上升到(dào)星系或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般(bān)会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其(qí)质量的(de)范围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量各(gè)个星系的(de)光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量(liàng)星系团中的各个星系相对(duì)于(yú)星(xīng)系(xì)团的(de)运动速(sù)度(dù)。当测量结果出(chū)来之(zhī)后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速(sù)度(dù)比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量所产生的(de)引(yǐn)力(lì)是无法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作(zuò)用，这种力(lì)量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它(tā)们(men)却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质(zhì)量(liàng)。只是当(dāng)时的(de)人们对这(zhè)样的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的(de)运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足(zú)够大(dà)的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系(xì)当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异(yì)常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的(de)力量(liàng)进入(rù)其(qí)中。

于是(shì)科(kē)学家们通过(guò)射(shè)电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们(men)的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力(lì)学定律(lǜ)。我们的(de)太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂(bì)之上(shàng)，距(jù)离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系旋转，这个实(shí)际速度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可(kě)能(néng)就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越(y辍耕之垄上的意思，垄上的意思是什么uè)多(duō)的研究人(rén)员(yuán)开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估(gū)算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以(yǐ)解释这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)的原因。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(xiào)应的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现速度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了(le)一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系(xì)当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是(shì)可以用正常(cháng)的(de)物质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离(lí)了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近(jìn)没有任何(hé)星(xīng)系存(cún)在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的(de)理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是(shì)不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们(men)的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)则(zé)是不同的(de)方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效(xiào)应的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是(shì)集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显地(dì)看(kàn)到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出(chū)了(le)什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的(de)观测(cè)者之间。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的(de)天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大(dà)质量的(de)东西的引力，会(huì)使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大(dà)的天(tiān)体可(kě)能是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是(shì)在中间，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是(shì)暗物质存(cún)在(zài)的迄(qì)今为(wèi)止(zhǐ)最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越(yuè)在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。经过了(le)130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下了(le)各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们(men)之间的(de)温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离(lí)后(hòu)的(de)二值(zhí)图像进行连通域提取和(hé)标记(jì)之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而(ér)随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的测量值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这就(jiù)意(yì)味着(zhe)。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在(zài)的(de)实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒(lì)子所需要的(de)实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会(huì)与常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过(guò)了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年(nián)的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能(néng)是人(rén)类(lèi)发现暗物(wù)质(zhì)的(de)第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系(xì)相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解(jiě)释，研(yán)究人员们所观测到(dào)的周期性(xìng)信号(hào)。当然也可能有其他的(de)情况，造成这(zhè)种年度周期信(xìn)号(hào)的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科(kē)学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的(de)季(jì)节与之(zhī)前的实(shí)验(yàn)室正好相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流的运动(dòng)特(tè)征(zhēng)和第一个(gè)实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存(cún)在(zài)的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相(xiāng)应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的(de)用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测(cè)的(de)结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的动(dòng)力(lì)！

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