宇宙(zhòu)是(shì)“人为张大大到底是什么来头(wèi)制(zhì)造”的？为何(hé)会(huì)存(cún)在科(kē)学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的(de)几(jǐ)十(shí)年(nián)当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的(de)长期(qī)实验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除了(le)一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运(yùn)动的(de)规律。往后的几百年(nián)来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的(de)天体通过引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海(hǎi)王(wáng)星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取得(dé)重大天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是在(zài)恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星系或(huò)者是星(xīng)团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由(yóu)数千(qiān)个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范围(wéi)。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个(gè)星系(xì)的(de)光度。

第二(èr)种是(shì)动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移(yí)测量星系团中的各个星系(xì)相对于星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说(shuō)这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的(de)是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速(sù)度比(bǐ)理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生的(de)引力是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之(zhī)外了(le)，除(chú)非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的(de)力量在(zài)起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基(jī)提(tí)出了这样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它(tā)不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当时(shí)的人们(men)对这(zhè)样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的(de)恒(héng)星在其(qí)轨(guǐ)道上的运(yùn)行速(sù)度(dù)就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观(guān)测(cè)的(de)结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎保持不(bù)变(biàn)。可(kě)是根据(jù)牛顿的(de)万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，在星(xīng)系当中如(rú)果没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们(men)会(huì)使用一种相对(duì)标准的(de)方法来解释(shì)暗(àn)物(wù)质的(de)存(cún)在，这(zhè)种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星(xīng)系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物(wù)质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星(xīng)系中心更(gèng)远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的(de)原因很(hěn)可能(néng)就是存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学(xué)家根据(jù)星系(xì)外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗物质的质量占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯(wéi)一(yī)可以(yǐ)解释这个(gè)现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新的(de)研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的(de)微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系(xì)距(jù)离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河(hé)系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的(de)物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有(yǒu)任(rèn)何(hé)星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能(néng)就(jiù)是人类对引力(lì)的理解(jiě)还(hái)不够全(quán)面，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是不同的(de)，这意味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外部场(chǎng)效应(yīng)的(de)概念，指的是在数(shù)百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要(yào)对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进(jìn)行(xíng)修正(zhèng)，这些发(fā)现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终结。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它们(men)大(dà)部(bù)分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系的(de)气(qì)体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的(de)时(shí)候(hòu)，星(xīng)际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部(bù)分的质(zhì)量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体所在的(de)中(zhōng)间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验证(zhèng)它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传张大大到底是什么来头回(huí)了(le)宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们(men)可以(yǐ)明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的(de)观测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会(huì)使身(shēn)后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都(dōu)发(fā)生(shēng)了(le)扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域(yù)并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星团发(fā)生全部(bù)的(de)碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这个区域(yù)，并在两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系(xì)团的引力(lì)透(tòu)镜研(yán)究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下了(le)各相同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分(fēn)表示温度(dù)较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色(sè)则(zé)表示(shì)相对较冷的(de)区域(yù)，但实际上它们(men)之间的(de)温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们(men)通过对(duì)前景(jǐng)背(bèi)景分离(lí)后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒星运动所需要(yào)的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着(zhe)某(mǒu)种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么(me)？科学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)提出(chū)了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要寻找这(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(jǐ)十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看(kàn)不见、摸(mō)不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏(cáng)着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实验(yàn)室，这(zhè)个(gè)实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的(de)探(tàn)测器，一直致力(lì)于(yú)寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称(chēng)观测(cè)到了某(mǒu)种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向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。

而在(zài)6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到完(wán)全一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系(xì)相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测(cè)到的(de)周期性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数(shù)量也(yě)符(fú)合这个(gè)周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们(men)又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运动特征和(hé)第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非(fēi)常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于(yú)这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应的(de)数(shù)据(jù)支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一(yī)个关键(jiàn)的用(yòng)途就(jiù)是探索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支(zhī)持(chí)宇(yǔ)宙当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命(mìng)进化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动(dòng)力(lì)！

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