宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期(qī)实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了(le)海王星的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成(chéng)就(jiù)的例子(zi)。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星(xīng)系或者是(shì)星(xīng)团的尺度(dù)，事(shì)情就开(kāi)始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是(shì)一(yī)个(gè)由数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨(jù)大(dà)星(xīng)系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需要的数据是(shì)测量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二(èr)种是动力(lì)学质(zhì)量(liàng)的(de)计(jì)算(suàn)，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的(de)运动速度。当测量结(jié)果出(chū)来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量速(sù)度的过(guò)程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这样(yàng)部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对(duì)这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种现象，科(kē)学家们(men)会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标(biāo)准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测(cè)量星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的(de)结果(guǒ)，就(jiù)认为(wèi)是(shì)由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星系聚集在(zài)了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质(zhì)的质量占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这(zhè)个现象的(de)原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发(fā)现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河(hé)系(xì)不(bù)多，但是星系当中存(cún)在的(de)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，该星系(xì)必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学定(dìng)律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出，也(yě)许该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人(rén)类对引(yǐn)力的理解还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不(bù)同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工(gōng)作方式是不(bù)同的，这意(yì)味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引(yǐn)力(lì)之间的(de)相互作用则是不同(tóng)的(de)方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概(gài)念(niàn)，指(zhǐ)的是在数(shù)百万(wàn)光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在(zài)的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)还(hái)有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距(jù)离为37亿光年(nián)的(de)子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类(lèi)似(shì)这(zhè)样的星(xīng)团(tuán)，它(tā)们大(dà)部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速(sù)度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可(kě)以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不(bù)是真(zhēn)的(de)被扭曲(qū)了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西(xī)的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后(hòu)更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星(xīng)系团观(guān)测的(de)时候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方法就(jiù)是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通(tōng)过(guò)了这个区域，并在两边形(xíng)成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温(wēn)度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的(de)二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗(àn)物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不(bù)应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释(shì)星系当中恒(héng)星运动(dòng)所需(xū)要的暗(àn)物质比(bǐ)例是(shì)一致(zhì)的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不(bù)同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需(xū)要的实验方式也不(bù)相同(tóng)。在过去(qù)的(de)几十年当中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何(hé)实(shí)质(zhì)性的(de)发现，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的(de)科学家声(shēng)称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学(xué)家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗(àn)物(wù)质会产(chǎn)生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系(xì)正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银(yín)河(hé)系(xì)进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以这样(yàng)的(de)速(sù)度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期(qī)性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了(le)一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节与之前的(de)实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质流的(de)运(yùn)动特征(zhēng)和第(dì)一个实(shí)验室(shì)是一(yī)样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以(yǐ)得到(dào)相同(tóng)的(de)信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所存在(zài)的非常有力的证据了(le)。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提(tí)供(gōng)相应的数(shù)据(jù)支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存在，它(tā)们(men)极(jí)有可能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得(dé)吴亦凡真的在牢里吗，吴亦凡为什么被关进牢里到进一(yī)步的证实(shí)，那么(me)遍布(bù)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)的暗(àn)物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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