宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年(nián)当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却(què)没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力(lì)定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄(shè)动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并(bìng)且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒(héng)星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星(xīng)系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测量后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质(zhì)量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学(xué)质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量(liàng)星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度(dù)。当测量结(jié)果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团中很多(duō)星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们束缚在(zài)星(xīng)系团内(nèi)的，它们(men)早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词(cí)才再一次(cì)出现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特(tè)福特(tè)在(zài)观测(cè)仙(xiān)女座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可(kě)思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到(dào)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一种相对(duì)标准的方法(fǎ)来(lái)解释(shì)暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗(àn)物质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科(kē)学家们通(tōng)过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速(sù)度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的(de)第(dì)三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的(de)原因很可(kě)能(néng)就(jiù)是(shì)存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人(rén)员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质(zhì)的(de)存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可(kě)以解(jiě)释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银(yín)河系不多(duō)，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使用最先进的望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发(fā)现星(xīng)系(xì)中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人(rén)提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附近没(méi)有任(rèn)何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之外，另一种可能就是(shì)人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们(men)所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的(de)相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对(duì)于在星系团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家还引入了外部场(chǎng)效应的(de)概念，指的(de)是(shì)在数百万(wàn)光年的规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我们(men)需要(yào)对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人认为暗(àn)物质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的(de)急(jí)剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我们通过什(shén)么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并不是(shì)真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的(de)光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗(àn)物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团(tuán)观(guān)测的时(shí)候，发(fā)现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区(qū)域，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物(wù)质存(cún)在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些(xiē)光在(zài)宇宙(zhòu)空(kōng)间背景(jǐng)上(shàng)留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷(lěng)的区(qū)域，但实际上它(tā)们(men)之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过(guò)对(duì)前景背景分离后的(de)二值图像进行连(lián)通域(yù)提(tí)取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的(de)，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大(dà)约是普通物质(zhì)的(de)5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是(shì)一致(zhì)的。这(zhè)就(jiù)意(yì)味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很(hěn)多不(bù)同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子的(de)存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们(men)已经提出(chū)了数十(shí)种的(de)假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多(duō)年的(de)数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是(shì)一样(yàng)。一(yī)些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗(àn)物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)也(yě)在(zài)以(yǐ)这样(yàng)的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年(nián)的时(shí)间，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是(shì)一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与太阳的(de)方(fāng)向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快的(de)时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰(qià)好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河(hé)系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为(wèi)这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎(hū)相同的(de)实验室，这里的季节与之前的实(shí)验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成(chéng)为(wèi)暗物(wù)质所存(cún)在的非常(cháng)有力(lì)的(de)证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应(yīng)的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)其(qí)中(zhōng)一个(gè)关键的用途就是探索暗物(wù)质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极(jí)有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一(yī)个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物(wù)质会(huì)不会(huì)意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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