宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次(cì)的(de)长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们(men)发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律的时(shí)候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例(lì)子(zi)。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒(héng)星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学(xué)家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研(yán)究(jiū)和测量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就可以确(què)定其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个(gè)星系的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中(zhōng)的(de)各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不(bù)以可(kě)见光(guāng)的(de)形(xíng)式所存在，我(wǒ)们(men)无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的(de)过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的(de)质量所产生的引力(lì)是无(wú)法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外(wài)了(le)，除非有一(yī)种神秘(mì)的力(lì)量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特在(zài)观测(cè)仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他(tā)们观(guān)测的结果却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的(de)增加，恒星的(de)旋转速(sù)度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中如果没(méi)有(yǒu)足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一(yī)种相对(duì)标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测(cè)量(liàng)星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速(sù)度(dù)围(wéi)绕银(yín)河(hé)系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远大(dà)于理论速度(dù)，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在(zài)。科(kē)学家根据星系(xì)外(wài)恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系(xì)当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是(shì)唯(wéi)一可以(yǐ)解释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一项新的(de)研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离(lí)析(xī)。但是科学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质和(hé)力(lì)学(xué)定律来解释(shì)的。那(nà)么又有(yǒu)人提(tí)出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星(xīng)系存(cún)在(zài)。造(zào)成这些现象的除了暗(àn)物质(zhì)的假(jiǎ)说(shuō)之外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可(kě)能就是人(rén)类对引力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在(zài)不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到(dào)星(xīng)系(xì)和(hé)星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的是(shì)在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需(xū)要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论(lùn)就(jiù)此终(zhōng)结。但是(shì)在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质存在的(de吴亦凡还出得来吗)其他的(de)理论证据，这些(xiē)理论证据(jù)是(shì)蒙德(dé)理论所没(méi)法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用(yòng)就会导致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体所在的(de)中间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证它(tā)的(de)质(zhì)量(liàng)区域到(dào)底是(shì)不是集中在(zài)中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回(huí)了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身并(bìng)不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们(men)地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东西(xī)的引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了这个(gè)区域(yù)，并(bìng)在(zài)两边(biān)形(xíng)成(chéng)了引力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从(cóng)宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色(sè)的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背(bèi)景分离(lí)后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗(àn)物(wù)质，图形看起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒(héng)星(xīng)运动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数(shù)十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科学家们吴亦凡还出得来吗已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除了一个地(dì)方(fāng)，意(yì)大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声(shēng)称(chēng)观测到了某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的数据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗物质的(de)第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物质会(huì)产生周期性的(de)年(nián)度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕(rào)银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球(qiú)与太阳的(de)方向正好(hǎo)达(dá)到完全一(yī)致(zhì)，这是理(lǐ)论上(shàng)地(dì)球穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员(yuán)们所观测(cè)到的周期性信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种年(nián)度(dù)周(zhōu)期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的(de)规律。

所以，科(kē)学家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相同的实(shí)验(yàn)室(shì)，这里的季(jì)节与之前的实(shí)验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个(gè)实(shí)验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存(cún)在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目(mù)前还(hái)无法提供(gōng)相应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的(de)用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的(de)奥(ào)秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们(men)极有可(kě)能拥有另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步的证实，那(nà)么(me)遍(biàn)布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意(yì)味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大(dà)前(qián)提是(shì)要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们(men)觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动(dòng)力(lì)！

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