1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量(liàng)后发(fā)星系团(tuán)的质(zhì)量。这(zhè)是(shì)一个由数千(qiān)个(gè)星(xīng)系所组成的(de)巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星(xīng)系团的(de)质(zhì)量一般会(huì)使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可(kě)以确定(dìng)其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个星系(xì)的(de)光(guāng)度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对(duì)于星系团(tuán)的(de)运动速(sù)度(dù)。当测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系(xì)的(de)速度比理论(lùn)上要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们(men)束(shù)缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛出星(xīng)系团之外了(le)，除非有一种神秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们(men)却(què)占据着(zhe)宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的(de)人们对这样(yàng)的一(yī)种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保(bǎo)持(chí)不变。可(kě)是(shì)根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸(xī)引它们(men)，这些外围(wéi)的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用(yòng)一(yī)种相对(duì)标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物(wù)质的存(cún)在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并(bìng)不(bù)符(fú)合牛顿的力学(xué)定律。我们(men)的太阳系也不例(lì)外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加(jiā)速度的(de)原(yuán)因很(hěn)可能就是(shì)存在着一种我们(men)看不到(dào)的物(wù)质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研(yán)究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系当中暗(àn)物质的(de)质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离(lí)析(xī)。但(dàn)是(shì)科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对(duì)其进行了(le)40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物质和力学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是人类对(duì)引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意(yì)味(wèi)着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用则是不同的方式。对(duì)于在(zài)星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意(yì)味着(zhe)我们需(xū)要(yào)对现在的物(wù)理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的其他的(de)理论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)大部分(fēn)的(de)质量将位(wèi)于(yú)所有这些气(qì)体所在(zài)的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的(de)高清照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大(dà)的形变。其(qí)实(shí)这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东(dōng)西(xī)的(de)引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个(gè)巨大的(de)天(tiān)体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解(jiě)释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被(bèi)卡在(zài)了(le)中间，暗物(wù)质(zhì)则(zé)直(zhí)接通过(guò)了(le)这(zhè)个区域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分(fēn)表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应(yīng)该(gāi)是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要(yào)的(de)暗物质(zhì)大(dà)约是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)所需(xū)要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框架(jià)，就很好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互(hù)作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们(men)已经提(tí)出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经(jīng)进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个(gè)有趣(qù)的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认(rèn)为这(zhè)可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系(xì)的(de)方(fāng)向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的(de)方向正好达到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实(shí)际(jì)的(de)情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期(qī)的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而(ér)在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一(yī)个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以成为暗物(wù)质所存(cún)在(zài)的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法提(tí)供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的(de)望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测(cè)的结果，我们(men)只能(néng)拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会(huì)不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是要先找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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