宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法解(jiě)释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存(cún)在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中(zhōng)进行了(le)超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引力(lì)定律的(de)时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过(guò)引力在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应用万(wàn)有引力(lì)定律所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上(shàng)升到(dào)星系或者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正(zhèng)在研(yán)究(jiū)和测(cè)量后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星系团(tuán)的质量一般(bān)会使(shǐ)用到(dào)两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确(què)定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学(xué)的质(zhì)量"，需(xū)要的数(shù)据是(shì)测(cè)量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红(hóng)移测(cè)量星系(xì)团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团(tuán)的(de)运动速度。当测(cè)量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存(cún)在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚(fù)在(zài)星系(xì)团内(nèi)的，它(tā)们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样(yàng)的(de)一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次(cì)出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在(zài)观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会(huì)越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常(cháng)的结(jié)果，就认为是(shì)由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系的(de)第(dì)三(sān)悬(xuán)臂(bì)之上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度远远大(dà)于理论速度(dù)，那(nà)么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能(néng)就是存(cún)在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是(shì)这些暗物(wù)质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚集在了(le)一(yī)起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的(de)研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不(bù)多(duō)，但是星系(xì)当中存在的(de)恒星(xīng)数(shù)量却只有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了(le)40个小时(shí)的详细测(cè)量(liàng)之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是(shì)可以用正常的(de)物质(zhì)和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了(le)暗物(wù)质的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中(zhōng)的工(gōng)作方(fāng)式(shì)是不同的，这(zhè)意(yì)味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的(de)方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作(zuò)用则(zé)是不同的(de)方式(shì)。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)，科学家(jiā)还引(yǐn)入了(le)外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现在的(de)物理(lǐ)定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关(guān)于(yú)暗(àn)物质(zhì)存在的其(qí)他的理论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向(xiàng)距离为(wèi)37亿(yì)光年的(de)子弹星(xīng)系团，由(yóu)两(liǎng)个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的普通质量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用(yòng)就(jiù)会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中间区域(yù)。那么我们(men)通(tōng)过(guò)什么来验证它的质(zhì)量区域到(dào)底是不是集(jí)中在(zài)中间(jiān)呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中(zhōng)第(dì)一张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的(de)天(tiān)体和(hé)我们地球上的(de)观(guān)测者之间。被一个(gè)质量(liàng)超(chāo)级巨大(dà)的(de)天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系团观测的(de)时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并不是(shì)在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认(rèn)为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来(lái)自宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留下(xià)了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射(shè)。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们之间的(de)温差只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提(tí)取和(hé)标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的柴进的性格特点和主要事迹概括，武松的性格特点和主要事迹幅度(dù)会减小，才变得(dé)看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们(men)需(xū)要的(de)暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物质的(de)5倍。这(zhè)个数(shù)字(zì)与解(jiě)释星系当(dāng)中(zhōng)恒星(xīng)运动(dòng)所需要的(de)暗(àn)物(wù)质比例是(shì)一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着某种类型的(de)粒(lì)子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互(hù)作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找到了(le)暗物质存(cún)在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需要(yào)的实(shí)验方式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却(què)没有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家声(shēng)称(chēng)观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收(shōu)集，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物(wù)质(zhì)的第一个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产生周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么(me)如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速(sù)度(dù)在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最(zuì)快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可(kě)以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到的周(zhōu)期(qī)性(xìng)信号。当然也可能(néng)有(yǒu)其他的(de)情况，造成(chéng)这(zhè)种年(nián)度周(zhōu)期(qī)信号的(de)差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的(de)数量也符(fú)合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。