宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会(huì)存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的(de)几(jǐ)百年来(lái)，当(dāng)天文学(xué)家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们(men)就会知道(dào)，周围一(yī)定(dìng)有(yǒu)未(wèi)知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄(shè)动它(tā)的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律所取得(dé)重(zhòng)大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千(qiān)个星(xīng)系所(suǒ)组成(chéng)的(de)巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在(zài)一起。测(cè)量星系团的质量(liàng)一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是(shì)获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的(de)质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系(xì)的速(sù)度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系团内的(de)，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外(wài)了(le)，除(chú)非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源(yuán)于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基(jī)提(tí)出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的(de)恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却(què)让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学(xué)家们会(huì)使用一种相对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的(de)存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离(lí)星系中心(xīn)的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异(yì)常的(de)结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的徐海为是谁？力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合(hé)牛(niú)顿的(de)力学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太(tài)阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加(jiā)速度的原因很可能(néng)就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系(xì)聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的(de)微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们(men)使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物(wù)质的(de)假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不(bù)同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的(de)工作(zuò)方式(shì)是(shì)不同的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同(tóng)的方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学家还引入了(le)外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在(zài)的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就(jiù)此终(zhōng)结。但(dàn)是在(zài)宇宙当(dāng)中还(hái)有关于(yú)暗物质存在的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成(chéng)，类似(shì)这样的(de)星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的(de)时(shí)候，星际气(qì)体的(de)相互作用(yòng)就(jiù)会(huì)导致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中间区(qū)域(yù)。那么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其实这些星系(xì)本身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望(wàng)远镜出了(le)什么(me)问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天(tiān)体(tǐ)可(kě)能(néng)是超大质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们(men)对(duì)子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质(zhì)量(liàng)区域(yù)并不是在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生(shēng)全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透镜研(yán)究也被认为是(shì)暗(àn)物质存(cún)在的(de)迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景上留(liú)下(xià)了(le)各(gè)相同(tóng)性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的(de)二值图像进行连通域提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没(méi)有暗(àn)物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结(jié)果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们(men)不参(cān)与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了(le)数(shù)十(shí)种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的(de)目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎(hū)不(bù)会与常(cháng)规物(wù)质相(xiāng)互作用的(de)“暗(àn)物质(zhì)”，科(kē)学家们已经(jīng)进(jìn)行了(le)超过(guò)50次(cì)的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学(xué)家声称(chēng)观测到了某种信号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的(de)事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是(shì)为什(shén)么暗物(wù)质会产生周期性的(de)年度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。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(tài)阳系相对银(yín)河系的(de)平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这(zhè)可(kě)以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号的差异(yì)也(yě)可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数(shù)量也(yě)符合这个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科(kē)学(xué)家们(men)又(yòu)在南半球(qiú)建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运动(dòng)特征和(hé)第一(yī)个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于(yú)这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供相应(yīng)的(de)数据(jù)支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一(yī)台新的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提(tí)供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的(de)结果，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种徐海为是谁？暗(àn)物质效(xiào)应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个(gè)重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一步的(de)证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过这样的(de)效应创造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前提(tí)是(shì)要先找到(dào)暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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