宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的(de)几十年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运行轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王(wáng)星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律所(suǒ)取得重大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成(chéng)的(de)巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团(tuán)的质(zhì)量一般(bān)会使用到(dào)两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测(cè)量星系团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系(xì)的质(zhì)量所(suǒ)产(chǎn)生的(de)引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的(de)，它(tā)们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次(cì)出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行(xíng)速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星系当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大(dà)的(de)质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基(jī)于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释(shì)暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中气(qì)体在(zài)X轴(zhóu)上距离(lí)星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的(de)运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很(hěn)可能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的(de)引力效(xiào)应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗(àn)物质的存(cún)在(zài)。科(kē)学家(jiā)根(gēn)据星(xīng)系(xì)外恒(héng)星轨道(dào)的(de)速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以(yǐ)解释这(zhè)个现(xiàn)象的原(yuán)因(yīn)。在一(yī)项新的研(yán)究(jiū)当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还(hái)发(fā)现了一个反常(cháng)的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和(hé)银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星数量(liàng)却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存在(zài)暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是科学家们(men)使用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了(le)40个(gè)小时的详(xiáng)细(xì)测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动是可(kě)以(yǐ)用(yòng)正常的物质和(hé)力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何(hé)星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是(shì)不(bù)同(tóng)的，这(zhè)意味(wèi)着在(zài)行星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度(dù)，引力之(zhī)间(jiān)的相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对于在(zài)星系团之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的(de)是(shì)在数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨(jù)大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)成(chéng)立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时(shí)候，星(xīng)际(jì)气体(tǐ)的相互(hù)作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，在(zài)碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所在(zài)的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在(zài)中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中(zhōng)我们可(kě)以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨大的(de)形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远的(de)天(tiān)体和我们(men)地(dì)球上(shàng)的(de)观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是(shì)引力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨大的(de)天体可能(néng)是(shì)超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区(qū)域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被(bèi)卡在了(le)中(zhōng)间(jiān)，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了这个区域(yù)，并在(zài)两边(biān)形(xíng)成了(le)引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子弹(dàn)星系团的(de)引力透镜研(yán)究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的(de)微波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的(de)温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背(bèi)景分离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和(hé)标(biāo)记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不(bù)应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是(shì)一(yī)致的。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简单的(de)理论框架，就很好地(dì)解释(shì)了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本(běn)质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其凸面镜和凹面镜成像的特点是什么呢，凸面镜与凹面镜成像特点他(tā)的(de)电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不(bù)同的(de)目(mù)标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的(d凸面镜和凹面镜成像的特点是什么呢，凸面镜与凹面镜成像特点e)实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达(dá)到(dào)完(wán)全(quán)一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这(zhè)个(gè)理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可(kě)以用来(lái)解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种年度(dù)周期信号的差(chà)异(yì)也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量(liàng)也符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半(bàn)球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的(de)非常(cháng)有(yǒu)力的(de)证(zhèng)据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室(shì)刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视(shì)野是(shì)哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途就是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体物理中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个(gè)重要(yào)因素(sù)。

如果这(zhè)一理论(lùn)得(dé)到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不会意(yì)味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是(shì)要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在的(de)实(shí)际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动(dòng)力(lì)！

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