随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的(de)存在，这种方法就是测量星系(xì)当(dāng)中气体在X鞋子235码数是多少，鞋子235是什么码？轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常的(de)结(jié)果，就认为是由暗物(wù)质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科(kē)学家们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离(lí)银(yín)河(hé)系中(zhōng)心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么(me)产生(shēng)以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是(shì)存(cún)在(zài)着一种(zhǒng)我们看(kàn)不(bù)到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗(àn)物(wù)质(zhì)的引力(lì)效应将星系(xì)聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的(de)存在(zài)。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一(yī)个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河(hé)系(xì)的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科(kē)学(xué)家们使用最(zuì)先进的(de)望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是(shì)人类(lèi)对引力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引力(lì)很可(kě)能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们(men)的(de)轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运(yùn)动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之(zhī)间的(de)相互作用(yòng)则是(shì)不(bù)同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效应的(de)概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我(wǒ)们(men)需要(yào)对现(xiàn)在的(de)物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也(yě)让(ràng)很(hěn)多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗(àn)物质存(cún)在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团(tuán)大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它(tā)的质(zhì)量区域(yù)到(dào)底是(shì)不是集(jí)中在(zài)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(dì)一张全(quán)彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们(men)可(kě)以明显地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球(qiú)上的(de)观测者(zhě)之间。被(bèi)一(yī)个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们(men)对(duì)子(zi)弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止最(zuì)好(hǎo)的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下了(le)各相(xiāng)同(tóng)性(xìng)的微波辐(fú)射(shè)。其中红色的(de)部(bù)分表示(shì)温度较(jiào)高的(de)区域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实(shí)际(jì)上它们(men)之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二(èr)值图像进(jìn)行连(lián)通域(yù)提取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该(gāi)是(shì)这样(yàng)的，而(ér)随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了(le)很(hěn)多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒(lì)子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质相(xiāng)互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意(yì)大(dà)利(lì)的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称观测到了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一(yī)致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人(rén)员(yuán)们所观测到(dào)的(de)周期性信号。当然也可(kě)能(néng)有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号(hào)的差异也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的(de)水分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个周(zhōu)期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们(men)又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗(àn)物(wù)质(zhì)流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有(yǒu)力(lì)的(de)证据了。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还(hái)无法(fǎ)提供(gōng)相(xiāng)应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台(tái)新的(de)望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探测(cè)的(de)结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的一(yī)个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这(zhè)样的效(xiào)应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在(zài)的(de)实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的(de)动力(lì)！

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