宇宙是“人中考考几科,总分多少分，中考一般各科考多少分为制造”的？为何会(huì)存在科学(xué)无法中考考几科,总分多少分，中考一般各科考多少分解(jiě)释(shì)的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科(kē)学家们在过去(qù)的几十年当中进(jìn)行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文(wén)学家们(men)发现(xiàn)某些天体运(yùn)行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力定律的(de)时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的(de)天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文成(chéng)就的(de)例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和测量后发(fā)星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚(fù)在一起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一般会(huì)使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

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

第(dì)二种是动(dòng)力学质量(liàng)的计(jì)算，是(shì)利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中的各(gè)个星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威(wēi)基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学(xué)质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了(le)，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式(shì)所存(cún)在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源(yuán)于某种隐形(xíng)的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分(fēn)不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当时的(de)人们(men)对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科(kē)学(xué)家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的(de)方法(fǎ)来解释暗(àn)物(wù)质的(de)存在(zài)，这种方(fāng)法(fǎ)就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物(wù)质的(de)力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过(guò)射电望远镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳系的(de)运(yùn)行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加速(sù)度的原(yuán)因很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应(yīng)将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯(wéi)一可以解释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上(shàng)的(de)微小差异(yì)。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其(qí)进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的(de)物质和力学定(dìng)律来解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星(xīng)系存在(zài)。造成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物质的(de)假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可(kě)能就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还(hái)不(bù)够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部(bù)场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光(guāng)年的(de)规(guī)模上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需(xū)要对现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所(suǒ)组(zǔ)成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大部(bù)分的(de)普通质量都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的(de)中间区域。那么(me)我们(men)通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么(me)问(wèn)题(tí)，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天(tiān)体和我(wǒ)们(men)地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现它的(de)大质量区域(yù)并(bìng)不(bù)是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的(de)质量(liàng)气体被卡在(zài)了(le)中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引力(lì)透镜研(yán)究(jiū)也被认为是暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们(men)通过对前(qián)景背景(jǐng)分离后的(de)二值图像进行连通域(yù)提取和标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍(bèi)。这(zhè)个数字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好(hǎo)地解(jiě)释了(le)很(hěn)多(duō)不(bù)同的观(guān)测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任何(hé)其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的(de)实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要(yào)的实验(yàn)方式(shì)也不相同(tóng)。在过去的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规(guī)物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属(shǔ)于(yú)阿(ā)尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的(de)周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们(men)发(fā)现了(le)一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认为这可能(néng)是人类(lèi)发现暗(àn)物质的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河(hé)系进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年(nián)的时间(jiān)，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到(dào)完(wán)全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质(zhì)流(liú)最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系(xì)相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所观测(cè)到的周期性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种年度周期信(xìn)号(hào)的差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个(gè)周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过(guò)暗物(wù)质流的(de)运动特征和第(dì)一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的(de)望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的(de)用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生(shēng)命进化的(de)一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不会(huì)意(yì)味着人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先(xiān)找(zhǎo)到暗(àn)物(wù)质存(cún)在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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