宇宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物(wù)质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符(fú)合(hé)万有引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的(de)天(tiān)体通(tōng)过(guò)引力在(zài)摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都是应(yīng)用(yòng)万(wàn)有引力定律所取得(dé)重大天(tiān)文成就的(de)例(lì)子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和测量后发(fā)星系团的(de)质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成(chéng)的(de)巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就(jiù)可(kě)以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个星系的(de)光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中的各(gè)个星系相对于(yú)星(xīng)系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是(shì)“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见(jiàn)光的形式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在(zài)测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)很(hěn)多(duō)星系(xì)的速(sù)度比理(lǐ)论(lùn)上(shàng)要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的(de)引力是(shì)无(wú)法(fǎ)将它们(men)束缚在(zài)星系(xì)团(tuán)内的，它们早(zǎo)就(jiù)应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在(zài)起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分(fēn)的(de)质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的(de)恒(h抖音总是对你朝思暮想一圈一圈渐宽了衣裳是什么歌，总是对你朝思暮想一圈一圈渐宽了衣裳éng)星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，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(shì)他们观测(cè)的结果(guǒ)却让(ràng)人(rén)感到不可思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的(de)旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的(de)恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法来(lái)解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的(de)距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转抖音总是对你朝思暮想一圈一圈渐宽了衣裳是什么歌，总是对你朝思暮想一圈一圈渐宽了衣裳速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它们(men)的旋(xuán)转速度并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心加速度(dù)的原(yuán)因很可(kě)能(néng)就是(shì)存在着(zhe)一(yī)种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多(duō)的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一(yī)可以(yǐ)解释(shì)这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在(zài)一项(xiàng)新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了(le)一(yī)个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河(hé)系的千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必(bì)须存在(zài)暗物(wù)质，否则就(jiù)会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是(shì)可以用(yòng)正常的物(wù)质和(hé)力学定律来解释的(de)。那(nà)么又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系(xì)的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没(méi)有(yǒu)任何星(xīng)系(xì)存在(zài)。造(zào)成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的(de)除了(le)暗物质的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的(de)轨道(dào)，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是(shì)在数(shù)百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物质存在(zài)的其(qí)他(tā)的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释(shì)的(de)“引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们(men)通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区(qū)域(yù)到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了(le)宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多(duō)星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地(dì)球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超(chāo)大质(zhì)量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对(duì)子弹星系(xì)团观(guān)测(cè)的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的(de)引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老(lǎo)的(de)光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上(shàng)留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐(fú)射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但(dàn)实际(jì)上(shàng)它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前(qián)景背(bèi)景分(fēn)离(lí)后(hòu)的(de)二值图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当中恒星运动(dòng)所需要的(de)暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了(le)一(yī)个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多不同的(de)观测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存(cún)在(zài)着某(mǒu)种类型(xíng)的(de)粒子(zi)，它(tā)们(men)不参(cān)与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学(xué)家们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的目(mù)标粒(lì)子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经(jīng)进行了(le)超过50次的实验，却(què)没(méi)有任(rèn)何(hé)实质性的发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收(shōu)集(jí)，人们发现了(le)一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个(gè)直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了(le)太阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的(de)，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种年度(dù)周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们(men)又在(zài)南半球建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前的(de)实验室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证(zhè抖音总是对你朝思暮想一圈一圈渐宽了衣裳是什么歌，总是对你朝思暮想一圈一圈渐宽了衣裳ng)据了(le)。但是由于这个(gè)实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还(hái)无法提(tí)供相应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野(yě)是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用(yòng)途就是(shì)探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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