宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了(le)超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了(le)一个(gè)地(dì)方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自(zì)然(rán)哲学数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们(men)发(fā)现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在(zài)摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发(fā)现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都是应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成(chéng)就(jiù)的(de)例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到(dào)星(xīng)系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研(yán)究和测(cè)量(liàng)后(hòu)发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力(lì)束(shù)缚(fù)在(zài)一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一(yī)般(bān)会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)结果一致，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团中的各个(gè)星系(xì)相(xiāng)对于星系团的(de)运(yùn)动速度。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的(de)速度比(bǐ)理(lǐ)论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出(chū)星(xīng)系团之外了(le)，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起作用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样(yàng)的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才(cái)再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让(ràng)人感到不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外(wài)围(wéi)的(de)恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法来(lái)解释暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果出现异常的(de)结(jié)果，就认为是由暗(àn)物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量(liàng)了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速(sù)度并不符(fú)合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也(yě)不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳系的(de)运行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心(xīn)加(jiā)速(sù)度的(de)原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚(jù)集在(zài)了(le)一起。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来越(yuè)多的研(yán)究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家根(gēn)据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的(de)质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的(de)研(yán)究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多(duō)，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量(liàng)却只有银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进(jìn)的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是(shì)可以用正常的(de)物质和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近(jìn)的(de)另一个(gè)大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人(rén)类对引(yǐn)力的(de)理解(jiě)还(hái)不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是(shì)不同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的(de)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，科学家还(hái)引入了(le)外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味着(zhe)我们(men)需要对(duì)现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还(hái)有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系(xì)的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气体所在的(de)中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的(de)质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全(quán)彩的高清照片，在照(zhào)片中我们(men)可以明显地(dì)看到(dào)很(hěn)多(duō)星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观(guān)测(cè)者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是(shì)在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方法就(jiù)是(shì)当星团发(fā)生全(quán)部的(de)碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过了这(zhè)个区域(yù)，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留(liú)下(xià)了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐(fú)射。其中红色的部分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后的二(èr)值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用(yòng)了(le)一个(gè)简单的理(lǐ)论框(kuāng)架(jià)，就很好地(dì)解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的(de)存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提出(chū)了数(shù)十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常(cháng)规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质(zhì)性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集(jí)，人(rén)们发现了(le)一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进(jìn)行移(yí)动，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太(tài)阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外(wài)半年(nián)则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达(dá)到了(le)最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实(shí)际(jì)的情况中，太(tài)阳(yá数学中e等于多少，高中数学中e等于多少ng)系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的(de)倾(qīng)斜，但是(shì)这并不(bù)影响这个(gè)理论的(de)有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的(de)周期性(xìng)信号。当然也(yě)可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数(shù)量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南(nán)半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的(de)运(yùn)动特征和第一个实验室是(shì)一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常有力的(de)证据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的(de)视野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗(àn)物质(zhì)背后的(de)奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子(zi)天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不(bù)会(huì)意(yì)味(wèi)着(zhe)人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到(dào)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞数学中e等于多少，高中数学中e等于多少，你的(de)支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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