宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家们在过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了(le)万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会(huì)知道(dào)，周围(wéi)一定有未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研究和(hé)测量后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团的(de)质量一般会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确(què)定其质量的(de)范围(wéi)。

第一(yī)种是(shì)获得(dé)其"光度(dù)学(xué)的质量(liàng)"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系(xì)团(tuán)中(zhōng)的(de)各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后(hòu)发(fā)座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见光的(de)形式(shì)所(suǒ)存(cún)在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异的(de)是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星系的(de)速(sù)度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的(de)质量所产(chǎn)生的引力(lì)是无(wú)法将(jiāng)它们(men)束缚在星(xīng)系团内的(de)，它(tā)们早就应该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了，除(chú)非有一(yī)种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们(men)却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再一(yī)次(cì)出(chū)现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯(kěn)特福(fú)特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远的(de)恒星在(zài)其轨道上的(de)运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持(chí)不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的(de)万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星(xīng)系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量来吸引它(tā)们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的(de)结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们通过射电(diàn)望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度并不符合(hé)牛顿的(de)力学(xué)定律。我(wǒ)们(men)的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度(dù)的原(yuán)因(yīn)很可能就是存在(zài)着一种我们看(kàn)不到(dào)的(de)物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的(de)研究人员开(kāi)始相(xiāng)信(xìn)暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物(wù)质(zhì)的(de)质量占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差(chà)异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系(xì)不多(duō)，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银(yín)河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是(shì)科学家(jiā)们使用最先进的望远镜(jìng)对(duì)其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之(zhī)后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以用正常的物质(zhì)和力学(xué)定律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一(yī)个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可能就是人(rén)类(lèi)对(duì)引力(lì)的理解还不够全面，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式是(shì)不同的，这意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则(zé)是不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团(tuán)之间的(de)相互(hù)作(zuò)用，科(kē)学家(jiā)还引(yǐn)入(rù)了外(wài)部(bù)场效应的(de)概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物(wù)质存在(zài)的其他的(de)理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它们大部分的(de)普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温(wēn)度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质量(liàng)将(jiāng)位于(yú)所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来(lái)验(yàn)证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜传回(huí)了(le)宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球上的(de)观测(cè)者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的(de)天(tiān)体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系团(tuán)观测的(de)时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域(yù)并不是在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是(shì)暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于(yú)可以(yǐ)畅通(tōng)无(wú)阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留下了(le)各相同性的(de)微(wēi)波辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分(fēn)离(lí)后的(de)二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗(àn)物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的(de)暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所需要的(de)暗物质比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多不同的观测结果。而暗(àn)物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不(bù)参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质存在(zài)的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个(gè)地(dì)方，意大利(lì)的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上(shàng)最大的(de)地(dì)学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到(dào)了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当中每年都是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可能是(shì)人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会(huì)产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也(yě)在以这样(yàng)的(de)速(sù)度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时(shí)地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方(吴亦凡现在在哪里关着fāng)向(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来(lái)解释(shì)，研究人(rén)员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的数量(liàng)也符(fú)合这个周期的规律。

吴亦凡现在在哪里关着 data-ratio="0.5980582524271845" data-type="jpeg" data-w="1545" src="https://mmbiz.heiliaofuli.com/wp-content/uploads/2023/02/8743f9db0f4ec1b.jpeg?imageMogr2/thumbnail/2160x0/format/webp/quality/80">

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实(shí)验室，这里的(de)季(jì)节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物(wù)质(zhì)流的运(yùn)动特征和第一(yī)个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实(shí)验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的(de)宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的(de)用途(tú)就是(shì)探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘(mì)的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要(yào)因素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到(dào)暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动力(lì)！

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