宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为(wèi)何(hé)会(huì)存在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物(wù)质存(cún)在的证据，科学(xué)家们在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中进行(xíng)了(le)超过50次的长期(qī)实验，但是却(què)没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除(chú)了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天体通过(guò)引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王(wáng)星的(de)发现(xiàn)都是(shì)应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大天文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发(fā)现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系(xì)或(huò)者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威(wēi)基(jī)正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个(gè)星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的(de)范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其"光(guāng)度(dù)学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测(cè)量各个星系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移(yí)测量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度(dù)的过(guò)程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿(dùn)的(de)运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的(de)质量所产生(shēng)的(de)引力(lì)是无法将它们束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它们早就应该(gāi)被抛(pāo)出(chū)星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部分不可见的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样(yàng)的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不(bù)可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家(jiā)们(men)会(huì)使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释(shì)暗(àn)物质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星(xīng)系当(dāng)中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符(fú)合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系(xì)位(wèi)于银(yín)河系的第(dì)三(sān)悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加(jiā)速(sù)度的原因很可(kě)能就是(shì)存在着(zhe)一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可(kě)以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星(xīng)系(xì)必须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被附(fù)近的(de)另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没有任何星系存(cún)在(zài)。造成这些现象的除了(le)暗物质的(de)假说之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人类对(duì)引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们(men)的轨道(dào)，按(àn)照我们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间(jiān)的相互作用则是(shì)不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还(hái)引入(rù)了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年的(de)规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们(men)需要对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于(yú)暗物质存在(zài)的其(qí)他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙(méng)德理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的(de)星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万(w自然堂雪域精粹适合什么年龄，自然堂紫色和蓝色哪个好àn)公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的(de)时候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度(dù)的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分(fēn)的(de)质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本(běn)身并不(bù)是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球上的(de)观测(cè)者之间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这(zhè)个(gè)现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质(zhì)量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论(lùn)证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过(guò)了(le)130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间的(de)温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学(xué)家(jiā)们通过对前景背景分离后的(de)二值(zhí)图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一(yī)些峰(fēng)值的幅(fú)度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释(shì)了(le)很多不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与任(rèn)何(hé)其(qí)他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互(hù)作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学(xué)家们已经提出了数(shù)十(shí)种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不同的(de)目标(biāo)粒(lì)子所需(xū)要的实验方式(shì)也不相同。在过去(qù)的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这(zhè)些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次(cì)的实验，却没(méi)有任(rèn)何(hé)实质性(xìng)的发现(xiàn)，除(chú)了一个地(dì)方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发(fā)现暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系(xì)进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一(yī)致的，而另外(wài)半年(nián)则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的(de)方向正好(hǎo)达(dá)到完(wán)全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际(jì)的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不(bù)影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以用(yòng)来解(jiě)释，研(yán)究(jiū)人员(yuán)们所观测(cè)到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客(kè)的数量也符合这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运动特征和(hé)第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存(cún)在的非常有力的证据了。但是(shì)由于(yú)这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的用途就(jiù)是探索暗(àn)物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生命进(jìn)化的(de)一个重要因(yīn)素(sù)。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物(wù)质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底(dǐ)存不(bù)存在(zài)呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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