宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却(què)没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是星团的(de)尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量(liàng)后发(fā)星系(xì)团(tuán)的质(zhì)量。这是一个(gè)由数千(qiān)个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的(de)质量一般(bān)会使用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学(xué)质量(liàng)的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系(xì)团中(zhōng)的各个星(xīng)系(xì)相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之(zhī)后，兹(zī)威(wēi)基彻(chè)底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡异的(de)是(shì)，在测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但(dàn)是它(tā)们(men)却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只是(shì)当(dāng)时(shí)的人们对这样的(de)一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们(men)观测的结(jié)果却让人感(gǎn)到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的(de)增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保(bǎo)持(chí)不(bù)变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家(jiā)们会(huì)使用一种相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释(shì)暗物质的存(cún)在(zài)，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实(shí)际(jì)上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大(dà)于理论速(sù)度，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因很可能(néng)就是存(cún)在(zài)着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学(xué)家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以解(jiě)释这(zhè)个现象的(de)原因。在一项新(xīn)的研(yán)究当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系(xì)的千(qiān)分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用(yòng)最先进(jìn)的(de)望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个(gè)小时的详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解(jiě)释(shì)的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附(fù)近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力(lì)的理解还(hái)不够全面，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺度(dù)空间中的工作(zuò)方式(shì)是不(bù)同(tóng)的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系(xì)尺(chǐ)度(dù)中的(de)天体会(huì)沿(yán)着它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互(hù)作(zuò)用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了(le)外(wài)部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是(shì)在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们(men)需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物(wù)质假说(shuō)理论(lùn)就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在(zài)的其他的(de)理论(lùn)证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解(jiě)释的(de)“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部(bù)分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用(yòng)就会(huì)导致温(wēn)度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过(guò)什么来(lái)验证它(tā)的质量(liàng)区域到(dào)底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空(kōng)望(wàng)远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全彩(cǎi)的(de)高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大(dà)质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区(qū)域并不(bù)是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发(fā)生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时(shí)，可(kě)被观测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了(le)引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质存(cún)在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们之间的(de)温差(chà)只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提(tí)取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)2016年是什么年形看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着。

用(yòng)了(le)一个简单(dān)的理论框架，就(jiù)很好地解释了(le)很(hěn)多不(bù)同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提出(chū)了(le)数十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需(xū)要(yào)的实验方(fāng)式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实(shí)验(yàn)，却没有任何实质性的(de)发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观(guān)测到了(le)某种信号。经过了20多年的(de)数据收集(jí)，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而(ér)且在(zài)20年(nián)当中每(měi)年(nián)都(dōu)是一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银河系(xì)进(jìn)行移(yí)动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物质流(liú)，这个(gè)过程中(zhōng)会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全(quán)一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不(bù)影(yǐng)响这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其(qí)他的(de)情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差(chà)异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客(kè)的(de)数量(liàng)也符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们(men)又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质(zhì)流的运(yùn)动(dòng)特(tè)征和(hé)第一(yī)个实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的非常(cháng)有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目(mù)前(qián)还无法(fǎ)提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个(gè)关键的用途就(jiù)是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科(kē)学(xué)家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步(bù)的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物(wù)质(zhì)正在(zài)通过(guò)这(zhè)样的(de)效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新的动(dòng)力！

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