宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制(zhì)乔丹有多高造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在(zài)的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没(méi)有发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们(men)发现某(mǒu)些天(tiān)体(tǐ)运行(xíng)轨(guǐ)道出(chū)现异(yì)常，不符合(hé)万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在摄动它的(de)轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得(dé)重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和(hé)测量后发(fā)星系团的质量。这是一个(gè)由(yóu)数千个(gè)星系所组成的巨(jù)大星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的(de)质(zhì)量(liàng)"，需(xū)要的数据是测(cè)量各(gè)个(gè)星(xīng)系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是(shì)利用光谱红移(yí)测(cè)量星(xīng)系团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于星系(xì)团的(de)运动速度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式(shì)所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论(lùn)上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分不(bù)可见的暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝(jué)大(dà)部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星(xīng)运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速(sù)度(dù)就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围(wéi)的(de)恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电(diàn)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发(fā)现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的(de)力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进(jìn)行(xíng)计(jì)算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应该(gāi)是(shì)160千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的原(yuán)因很可能就是存在(zài)着一种我们看不(bù)到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的(de)存(cún)在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个(gè)星系质量的(de)85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时的(de)详(xiáng)细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定律来(lái)解(jiě)释(shì)的。那么乔丹有多高又有(yǒu)人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系(xì)存在。造(zào)成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可(kě)能(néng)就是人类对(duì)引力的(de)理解(jiě)还不够全面，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们(men)的(de)轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的概念，指的(de)是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证它的(de)质(zhì)量区域到底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢(ne)？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨(jù)大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引力(lì)透(tòu)镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量区域并不(bù)是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质则直接(jiē)通过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。经过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的(de)二值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加(jiā)，一(yī)些峰值的(de)幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的(de)测(cè)量值，我们需(xū)要的(de)暗(àn)物(wù)质大约是(shì)普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了很(hěn)多不(bù)同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是(shì)什么(me)？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的(de)目标粒(lì)子(zi)所需要(yào)的实验方式(shì)也(yě)不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却(què)没(méi)有任何(hé)实质性的发现，除了一(yī)个(gè)地(dì)方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的(de)地(dì)学实验室(shì)，这个(gè)实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有趣的(de)事情。探测(cè)率会(huì)在(zài)每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年当中每(měi)年(nián)都是一样(yàng)。一些(xiē)科(kē)学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我们(men)也(yě)在以这(zhè)样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时(shí)候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快的时(shí)段。而在11月份，又(y乔丹有多高òu)恰好(hǎo)达(dá)到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们(men)所观测到(dào)的周期(qī)性(xìng)信号(hào)。当然也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信号的(de)差异(yì)也可能(néng)是(shì)温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立(lì)了一(yī)个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流(liú)的(de)运动特征和第(dì)一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的(de)信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这(zhè)个实(shí)验(yàn)室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久(jiǔ)，所以截(jié)至目(mù)前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的(de)用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极(jí)有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一理论(lùn)得到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物(wù)质(zhì)正在通过(guò)这(zhè)样的(de)效应创造(zào)生命(mìng)。当(dāng)然，这些推(tuī)论(lùn)的(de)大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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