1933年，瑞士的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后发星系团的质量(liàng)。这是一(yī)个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系(xì)被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星系(xì)团的(de)质量(liàng)一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确定其(qí)质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中(zhōng)的(de)各个星(xīng)系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动(dòng)速(sù)度。当测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵(měng)了(le)，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量(liàng)并不(bù)以可见光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测量速度(dù)的(de)过(guò)程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要(yào)快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的(de)运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系(xì)的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们(men)束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之(zhī)外了，除(chú)非有一种神秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了(le)这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的(de)人们对这样的(de)一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来(lái)说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持(chí)不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。基(jī)于这种现象，科(kē)学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入(rù)其(qí)中。

于是(shì)科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的(de)太(tài)阳系(xì)也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的(de)运行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河(hé)系(xì)旋转，这(zhè)个(gè)实(shí)际速度远远大(dà)于理论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因(yīn)很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科学家们(men)发(fā)现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速(sù)度(dù)上的(de)微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系(xì)不多，但是(shì)星系当中存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学(xué)家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了(le)暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种可能(néng)就(jiù)是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨大的(de)质(zhì)量之间(jiān)会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们(men)需要对(duì)现在(zài)的物(wù)理定(dìng)律进行修正，这些发现也(yě)让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物质存在的(de)其他(tā)的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团(tuán)，它(tā)们(men)大(dà)部分的(de)普通质量都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们通过什(shén)么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么(me)问题，而是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的(de)引力(lì)，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是(shì)在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测(cè)到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们(men)通(tōng)过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取和标记(jì)之后(hòu)发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗(àn)物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互(hù)作用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒(lì)子(zi)的(de)存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒(lì)子到(dào)底是什么(me)？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标(biāo)，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的(de)实验，却没(méi)有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑(bēi)斯(sī)山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有趣的(de)事情。探测(cè)率(lǜ)会在每(měi)年(nián)的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年(nián)都是一(yī)样。一(yī)些科(kē)学家(jiā)认为这(zhè)可能是人类发现暗(àn)物质的第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么(me)如(rú)果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时(shí)间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一致(zhì)，这(zhè)是(shì)理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到(dào)的周期(qī)性(xìng)信号(hào)。当然也可能(néng)有(yǒu)其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的差异(yì)也可(kě)能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的数量也符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立(lì)了(le)一个几乎相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的(de)实验室(shì)正好(hǎo)相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以得(dé)到相同的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有力的(de)证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无(wú)法提供相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视(shì)野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就(jiù)是探(tàn)索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室粒子(zi)天体物(wù)理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森(sēn)斯特(tè)芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生(shēng)命进化的(de)一(yī)个重要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物质会不(bù)会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的(de)行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前提(tí)是要(yào)先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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