宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存(cún)在的证据(jù)，科学(xué)家们在(zài)过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了(le)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(yùn)行轨道(dào)出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动它(tā)的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应(yīng)用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的(de)质(zhì)量(liàng)。这是(shì)一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个(gè)星系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)的计(jì)算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星系团的(de)运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光(guāng)的形(xíng)式所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系的(de)速度比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的(de)质(zhì)量所产生的(de)引力是无法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团内的，它(tā)们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了(le)，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可(kě)见的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的人们对这(zhè)样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在(zài)观测仙女(nǚ)座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒(héng)星(xīng)在(zài)其轨(guǐ)道(dào)上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结(jié)果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(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变(biàn)。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够(gòu)大(dà)的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法(fǎ)来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就(jiù)认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们(men)通过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的(de)第(dì)三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的(de)运(yùn)行(xíng)速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实(shí)际(jì)速度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么(me)产生以上这(zhè)种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们(men)看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系2016年是什么年聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力(lì)效应(yīng)的遥(yáo)远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系(xì)当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运(yùn)动是可(kě)以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的(de)暗(àn)物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的(de)附近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造(zào)成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能(néng)在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方(fāng)式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互作用则(zé)是不(bù)同(tóng)的方式(shì)。对于在星(xīng)系团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数(shù)百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在(zài)的物理定律进(jìn)行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的(de)理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的(de)急(jí)剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那(nà)么我们(men)通过(guò)什么来验证(zhèng)它的(de)质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系(xì)本身并不(bù)是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个(gè)质量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的引(yǐn)力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天体可能是超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解(jiě)释方(fāng)法就是(shì)当星团(tuán)发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可(kě)被(bèi)观测到(dào)的质量(liàng)气体(tǐ)被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最好的(de)理论证据。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同(tóng)性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的(de)部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们之间的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离(lí)后的二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物质的增加，一些2016年是什么年峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就(jiù)是(shì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存(cún)在的(de)实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)提出了(le)数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的目标粒子所需要(yào)的实(shí)验(yàn)方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家(jiā)们(men)已经进行了超过50次的(de)实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的发现，除(chú)了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大(dà)的地(dì)学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年(nián)的数据(jù)收集(jí)，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年(nián)都(dōu)是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会(huì)产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太(tài)阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越(yuè)暗(àn)物质(zhì)流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河(hé)系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以(yǐ)用来(lái)解释，研(yán)究人员们所观测到的(de)周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期(qī)信号的差异也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数(shù)量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立(lì)了(le)一个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的(de)实验室，这里的季(jì)节(jié)与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和(hé)第一(yī)个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所存在(zài)的非常(cháng)有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望(wàng)远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太(tài)空望(wàng)远镜其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探(tàn)测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)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(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的(de)诞生，或(huò)者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这(zhè)样的(de)效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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