宇宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何(hé)会存在科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟(jìng)是什么？人(rén)类为(wèi)了(le)寻(xún)找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们在过去的(de)几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力(lì)定(dìng)律，它(tā)揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的(de)几百年来(lái)，当(dāng)天文(wén)学家们(men)发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄(shè)动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推(tuī)算并且发(fā)现了海(hǎi)王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系或者(zhě)是(shì)星团的尺度，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就可以确(què)定其(qí)质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个星系(xì)的(de)光(guāng)度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团(tuán)中的各个(gè)星(xīng)系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹威基发现星系团(tuán)中很(hěn)多星(xīng)系的速(sù)度(dù)比理论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动(dòng)学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团(tuán)之外(wài)了，除(chú)非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是当时的(de)人们(men)对这(zhè)样的(de)一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距(jù)离(lí)中心越远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当(dāng)中(zhōng)如(rú)果没有足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗物(wù)质的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì吴亦凡还出得来吗)科学(xué)家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的(de)氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速度并不符(fú)合(hé)牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的(de)运行(xíng)速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速度(dù)的原(yuán)因很可能(néng)就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的(de)引力效(xiào)应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的(de)存(cún)在。科(kē)学(xué)家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没(méi)有(yǒu)引(yǐn)力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速(sù)度上的(de)微小差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了一个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒(héng)星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们(men)使(shǐ)用最(zuì)先(xiān)进的望(wàng)远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物质和力学(xué)定律来解释的(de)。那么(me)又有人提(tí)出，也(yě)许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没(méi)有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了(le)暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理解还不(bù)够(gòu)全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互(hù)作用，科学(xué)家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现也(yě)让(ràng)很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还(hái)有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的(de)其他的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部(bù)分的质(zhì)量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们(men)通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的(de)观测者之间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天(tiān)体可(kě)能是超(chāo)大(dà)质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人(rén)们(men)对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并(bìng)不是在(zài)中间(jiān)，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可(kě)被(bèi)观(guān)测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成(chéng)了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的(de)光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留(liú)下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的(de)区域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背景分离(lí)后的二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看(kàn)起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的(de)幅度(dù)会减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大(dà)约(yuē)是普通物(wù)质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字(zì)与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒星运动(dòng)所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来(lái)相(xiāng)互(hù)作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这吴亦凡还出得来吗种粒子(zi)的存(cún)在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们已经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的实验，却(què)没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高(gāo)的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称(chēng)观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的(de)数据(jù)收集，人们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质会(huì)产生(shēng)周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们(men)讲(jiǎng)了(le)太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太(tài)阳的(de)方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与太阳的(de)方向正好达到(dào)完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管(guǎn)在实(shí)际的(de)情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观(guān)测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期(qī)信号的差异也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游(yóu)客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立(lì)了(le)一个几(jǐ)乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的(de)实验(yàn)室正(zhèng)好相(xiāng)反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非常(cháng)有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法(fǎ)提供(gōng)相应(yīng)的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野(yě)是哈(hā)勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘(mì)，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)某个(gè)角落的(de)行星上，暗物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的(de)动力！

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