宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存在的(de)证据，科学家(jiā)们(men)在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的(de)有效(xiào)证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学(xué)数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表(biǎo)了万有引力(lì)定人类的菊花能扩大到多少，人类的菊花是什么律，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一(yī)定有未知的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的(de)异常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一(yī)个由数(shù)千(qiān)个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系团的(de)质(zhì)量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就可以确(què)定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其(qí)"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量各个(gè)星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可(kě)见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我们(men)无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的(de)过程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星系的(de)速(sù)度比(bǐ)理论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的(de)，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神(shén)秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特(tè)在观(guān)测(cè)仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距(jù)离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他(tā)们观测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不(bù)变。可是根据(jù)牛(niú)顿(dùn)的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种相对(duì)标准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方(fāng)法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上(shàng)距(jù)离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结(jié)果(guǒ)，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着(zhe)一种我们看不(bù)到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的(de)引力效(xiào)应(yīng)将星系(xì)聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多(duō)的研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的(de)存(cún)在(zài)。科学家根据星系(xì)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(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多(duō)，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)。但是科(kē)学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对(duì)其进(jìn)行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系(xì)中的(de)恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和(hé)力学定(dìng)律来解(jiě)释的(de)。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗物质(zhì)的(de)假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就是人类(lèi)对引力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行星系尺度中(zhōng)的(de)天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到(dào)星系(xì)和星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指(zhǐ)的(de)是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立人类的菊花能扩大到多少，人类的菊花是什么，这意味着我们需要对(duì)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质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还(hái)有关(guān)于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)就会导致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所(suǒ)在的(de)中(zhōng)间区(qū)域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本(běn)身并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问(wèn)题(tí)，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们(men)地球上的(de)观测者之间(jiān)。被一(yī)个质(zhì)量超(chāo)级(jí)巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的(de)东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的(de)天体可(kě)能是超大质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发现它(tā)的(de)大质量(liàng)区(qū)域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边(biān)形成(chéng)了(le)引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的(de)部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域(yù)，但(dàn)实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们(men)通过对前景背景分离后的(de)二值图(tú)像进行连通(tōng)域提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值(zhí)，我(wǒ)们(men)需要的(de)暗(àn)物质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物质比例(lì)是一致(zhì)的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用(yòng)了(le)一个(gè)简单(dān)的理论框架，就很好地解释(shì)了(le)很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什(shén)么？科学(xué)家们(men)已(yǐ)经提出了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却(què)没有任何实(shí)质(zhì)性的(de)发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的事(shì)情。探(tàn)测(cè)率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都是一样。一(yī)些科学(xué)家认为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的(de)第(dì)一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进(jìn)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(dù)在(zài)穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致的，而另外(wài)半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流(liú)最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性(xìng)信(xìn)号。当(dāng)然也可能(néng)有其他(tā)的(de)情况，造(zào)成(chéng)这种年(nián)度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也符(fú)合这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在南(nán)半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第一个(gè)实(shí)验室(shì)是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗(àn)物质所存(cún)在的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截(jié)至目(mù)前还无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中一个(gè)关键的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科(kē)学(xué)家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大前(qián)提是要先找到暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动力！

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