1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量(liàng)星系(xì)团的(de)质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可(kě)以确定(dìng)其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光(g切开的南瓜可以放冰箱吗，南瓜切了一半放冰箱能留几天uāng)度(dù)学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的(de)各(gè)个星系(xì)相对(duì)于星系(xì)团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的(de)质量消(xiāo)失(shī)了(le)，或者(zhě)说(shuō)这99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它(tā)不发(fā)散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一(yī)次出现(xiàn)。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(zhōng)的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心(xīn)越远的恒(héng)星在其(qí)轨(guǐ)道上的运(yùn)行(xíng)速(sù)度就会(huì)越慢。但是(shì)他们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与(yǔ)中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是(shì)根(gēn)据(jù)牛顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当(dāng)中如(rú)果没有足够(gòu)大的(de)质量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星系(xì)当中(zhōng)气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星(xīng)系中心的(de)距(jù)离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距(jù)离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的(de)太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进行计算，太(tài)阳系的(de)运(yùn)行速度应(yīng)该(gāi)是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系(xì)旋(xuán)转，这个实际速(sù)度(dù)远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速(sù)度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物(wù)质的引力(lì)效应将星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道(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(zhì)量的(de)85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银河系(xì)不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有银(yín)河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和(hé)力学(xué)定律来解释的。那(nà)么(me)又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系(xì)的暗(àn)物(wù)质，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附近的另一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近(jìn)没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成这些(xiē)现象的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的理解还(hái)不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的(de)工(gōng)作方式是不同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度中的(de)天体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星系(xì)和(hé)星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的(de)相互作用则(zé)是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)，科学(xué)家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的概(gài)念，指的是在数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在(zài)的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用就会导致(zhì)温度的(de)急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)大(dà)部分的(de)质量将位于所有这些(xiē)气体所在(zài)的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩(cǎi)的(de)高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨(jù)大的形(xíng)变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是这样极遥远的(de)天体和我们(men)地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西的引力(lì)，会(huì)使(shǐ)身后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远(yuǎn)星(xīng)系的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者是暗切开的南瓜可以放冰箱吗，南瓜切了一半放冰箱能留几天(àn)物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到(dào)的(de)质(zhì)量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通无(wú)阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其(qí)中红色(sè)的部分表示温度较高(gāo)的(de)区域(yù)，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际(jì)上它(tā)们之间的(de)温差(chà)只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科(kē)学(xué)家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来(lái)不应该是(shì)这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的(de)暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类(lèi)型的(de)粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他(tā)的(de)电(diàn)磁作(zuò)用(yòng)，只通过(guò)引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什(shén)么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验(yàn)方式也不(bù)相(xiāng)同。在过去(qù)的(de)几十年(nián)当(dāng)中，人类为了(le)寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常(cháng)规(guī)物(wù)质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大(dà)的地学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒(lì)子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称(chēng)观测(cè)到了某种信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据收集(jí)，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一(yī)样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可能是人类发(fā)现暗(àn)物(wù)质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们(men)讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的方向是(shì)一(yī)致(zhì)的(de)，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周期信号(hào)的差异(yì)也(yě)可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的(de)积雪(xuě)，甚(shèn)至连(lián)意大利(lì)游客的数量也(yě)符(fú)合(hé)这(zhè)个(gè)周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流(liú)的运动特(tè)征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以(yǐ)得(dé)到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非(fēi)常有力的(de)证(zhèng)据了(le)。但(dàn)是(shì)由(yóu)于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目(mù)前还无法提(tí)供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探(tàn)索暗(àn)物(wù)质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了(le)。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落(luò)的(de)行星上，暗(àn)物质正在通过这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质存(cún)在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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