宇宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的证据，科学家(jiā)们在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天(tiān)文学(xué)家们发现某些(xiē)天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天文成(chéng)就(jiù)的(de)例(lì)子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当我们上(shàng)升到星(xīng)系或者(zhě)是星团的(de)尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的(de)巨大星(xīng)系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的(de)质(zhì)量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系(xì)团中(zhōng)的(de)各个星系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以(yǐ)可见(jiàn)光的(de)形(xíng)式所存在(zài)，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很(hěn)多星系(xì)的速(sù)度(dù)比理论(lùn)上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这(zhè)些(xiē)可见星系(xì)的质量所产生的引(yǐn)力(lì)是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不(bù)发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光，但学生党如何自W，如何自我安抚是(shì)它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质(zhì)量(liàng)。只是(shì)当时(shí)的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度(dù)就(jiù)会越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中(zhōng)心距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大(dà)的(de)质量(liàng)来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对标准的方(fāng)法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气(qì)体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心更远距(jù)离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系位(wèi)于(yú)银(yín)河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质的存在(zài)。科(kē)学家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质(zhì)并(bìng)不是(shì)唯一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却(què)只有(yǒu)银(yín)河(hé)系的(de)千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物(wù)质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发(fā)现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么(me)又有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没有任何(hé)星(xīng)系(xì)存在(zài)。造成这些现象的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种(zhǒng)可(kě)能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很(hěn)可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的(de)相互(hù)作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入(rù)了外(wài)部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的(de)规模上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会(huì)产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关(guān)于暗物质存(cún)在(zài)的其他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由(yóu)两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样(yàng)的星团，它们(men)大部(bù)分的普(pǔ)通(tōng)质(zhì)量都在星系的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就(jiù)会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的(de)质量将位于所有这些气(qì)体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地(dì)球(qiú)上的观(guān)测者(zhě)之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现(xiàn)它(tā)的(de)大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是(shì)当星(xīng)团(tuán)发(fā)生全(quán)部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观(guān)测到(dào)的质(zhì)量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接(jiē)通过了(le)这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团的引力(lì)透(tòu)镜研(yán)究也(yě)被认为是暗(àn)物质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的(de)二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取和(hé)标记之后发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要(yào)的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一致的(de)。这(zhè)就(jiù)意(yì)味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就(jiù)很好地(dì)解释(shì)了(le)很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子(zi)的(de)存在(zài)，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么(me)？科学家(jiā)们已经提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验方式也不(bù)相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声(shēng)称观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情学生党如何自W，如何自我安抚。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年(nián)都是(shì)一样。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的(de)第一个直接(jiē)证(zhèng)据(jù)。

但是(shì)为什(shén)么(me)暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相(xiāng)应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银(yín)河系(xì)的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但(dàn)是(shì)这并(bìng)不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的(de)情(qíng)况，造成这种年度周期信号(hào)的差异(yì)也(yě)可(kě)能是(shì)温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的数量(liàng)也符合这(zhè)个(gè)周期的(de)规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动特征和第(dì)一个(gè)实验室是一样的。