宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何(hé)会存(cún)在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学家们发(fā)现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符(fú)合万(wàn)有引力定律的时候，他(tā)们就会知道(dào)，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行(xíng)轨道的(de)异(yì)常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研(yán)究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由数千个(gè)星系所组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果(guǒ)一致，就(jiù)可(kě)以确定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速(sù)度。当测(cè)量结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的(de)形式所存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡异(yì)的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系(xì)团中很(hěn)多星系的速(sù)度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生的引力是无法(fǎ)将它们(men)束缚在(zài)星(xīng)系团内的(de)，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的(de)力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只(zhǐ)是(shì)当时的人(rén)们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在观(guān)测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说(shuō)，距离中心越远的(de)恒星(xīng)在其轨道上的(de)运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人(rén)感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在(zài)星系当(dāng)中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用(yòng)一(yī)种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速(sù)度并不符(fú)合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银(yín)河(hé)系的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系(xì)旋转，这个实际(jì)速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是(shì)这(zhè)些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现(xiàn)速(sù)度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星(xīng)系(xì)必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质(zhì)和力(lì)学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造(zào)成这些(xiē)现象的(de)除了暗物质的假说之(zhī)外，另一(yī)种可能(néng)就是人类对引力(lì)的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作方式(shì)是不(bù)同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所(suǒ)理解(jiě)的(de)方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质量都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的(de)质量将(jiāng)位于(yú)所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中我们可(kě)以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸学生级和届怎么区分，毕业的级和届怎么区分产生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不(bù)是真(zhēn)的(de)被扭(niǔ)曲(qū)了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么问题，而是(shì)这样极(jí)遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测(cè)者(zhě)之间。被(bèi)一(yī)个质量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质(zhì)量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可(kě)能(néng)是超大质(zhì)量(liàng)的(de)黑(hēi)洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的(de)大质(zhì)量区(qū)域并不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方法就(jiù)是当(dāng)星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质(zhì)则直(zhí)接通(tōng)过(guò)了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被认为(wèi)是(shì)暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实(shí)际上(shàng)它(tā)们之间的温差只有万(w学生级和届怎么区分，毕业的级和届怎么区分àn)分之一。

科学家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的(de)增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度(dù)会减小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测(cè)结(jié)果。而(ér)暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如(rú)果能够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实(shí)验(yàn)室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的(de)探测(cè)器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科学家声称观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物(wù)质的第(dì)一(yī)个直接证(zhèng)据(jù)。

但是(shì)为什么暗物(wù)质(zhì)会产生周(zhōu)期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕着银(yín)河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系(xì)的方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不(bù)影响这(zhè)个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客(kè)的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了(le)一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运动特征(zhēng)和第(dì)一个实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力(lì)的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一(yī)个(gè)关键的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得(dé)暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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