宇宙(zhòu)是“人为制造(zào孕妇咳黄痰几天能自愈，白痰和黄痰哪个严重)”的？为何会(huì)存(cún)在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们(men)在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任何的(de)孕妇咳黄痰几天能自愈，白痰和黄痰哪个严重有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他(tā)们(men)就(jiù)会(huì)知(zhī)道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的(de)异常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到(dào)星(xīng)系或(huò)者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得诡异(yì)了(le)。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨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所(suǒ)组成的巨大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质(zhì)量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团(tuán)中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说这(zhè)99%的(de)质量并(bìng)不(bù)以可见光(guāng)的(de)形式(shì)所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量速度(dù)的过程中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很(hěn)多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它们(men)束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们(men)早(zǎo)就应(yīng)该被(bèi)抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据(jù)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、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这(zhè)样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距(jù)离中(zhōng)心(xīn)越远的(de)恒(héng)星在(zài)其(qí)轨(guǐ)道上(shàng)的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没有足(zú)够(gòu)大(dà)的质量来吸(xī)引它们(men)，这些外(wài)围(wéi)的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测(cè)量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由(yóu)暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素(sù)，发现它们的(de)旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力(lì)学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河(hé)系的第三(sān)悬(xuán)臂之(zhī)上(shàng)，距离银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在(zài)着一(yī)种我们看(kàn)不到的(de)物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学(xué)家根(gēn)据星(xīng)系(xì)外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学(xué)家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发(fā)现(xiàn)了(le)一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星(xīng)系(xì)距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银(yín)河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数(shù)量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进(jìn)的(de)望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可(kě)以用正常的物质(zhì)和力(lì)学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个(gè)大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这(zhè)些现象的除(chú)了暗物(wù)质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人类对(duì)引力(lì)的理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的(de)工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们(men)的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是(shì)不(bù)同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我们需要(yào)对现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认(rèn)为暗物(wù)质(zhì)假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的(de)其他的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的(de)质量区(qū)域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其(qí)实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥远的(de)天体和我们地球上的观测(cè)者(zhě)之间(jiān)。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这(zhè)个巨(jù)大的天体(tǐ)可能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它(tā)的(de)大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力(lì)透(tòu)镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在(zài)宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留(liú)下了(le)各(gè)相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区(qū)域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过(guò)对前景背(bèi)景分离后的二值(zhí)图(tú)像进行(xíng)连通域提取和标记(jì)之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的(de)，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的(de)理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很(hěn)多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来(lái)相(xiāng)互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒(lì)子到(dào)底是(shì)什么(me)？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用的(de)“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大(dà)的地学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼高的探(tàn)测(cè)器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声(shēng)称观测(cè)到了(le)某种信号(hào)。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探测率会在(zài)每年(nián)的(de)6月(yuè)份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的(de)年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银(yín)河系进行移动，那(nà)么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程(chéng)中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正(zhèng)好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情(qíng)况中，太(tài)阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可(kě)能(néng)有其他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信(xìn)号(hào)的差(chà)异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游(yóu)客的数(shù)量也符合这(zhè)个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的(de)季节与之前的(de)实验室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无(wú)法提(tí)供相应(yīng)的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途(tú)就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得(dé)到进一(yī)步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质(zhì)会不会(huì)意味着人(rén)类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持(chí)是我更新的(de)动力！

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