1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系(xì)所组成的巨(jù)大星系(xì)团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的(de)质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结(jié)果(guǒ)一(yī)致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系(xì)相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星系的(de)速度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星(xīng)系(xì)的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是(shì)无法将它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这样部分不(bù)可见的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的(de)人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运(yùn)行速(sù)度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感(gǎn)到(dào)不可思议(yì)。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)如果没(méi)有足(zú)够大的质量(liàng)来吸(xī)引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种现象，科(kē)学家们会(huì)使用一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解释暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测(cè)量星(xīng)系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì)常的(de)结果，就(jiù)认为是由暗物质的(de)力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜(jìng)测(cè)量(liàng)了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们(men)的(de)旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度(dù)的(de)原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗(àn)物(wù)质的质(zhì)量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一可(kě)以解(jiě)释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系(xì)不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星数量(liàng)却(què)只有银(yín)河系的千分之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系(xì)必须(xū)存(cún)在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科(kē)学家们(men)使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的物(wù)质和力学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它(tā)的附近(jìn)没(méi)有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之(zhī)外(wài)，另一种可(kě)能就是人类对(duì)引力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引力(lì)很(hěn)可(kě)能在(zài)不同尺度(dù)空间中的(de)工(gōng)作方(fāng)式是(shì)不同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的(de)方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互作用则(zé)是不同的方式。对(duì)于在星(xīng)系团之(zhī)间的(de)相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的(de)质(zhì)量之(zhī)间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对彼(bǐ)此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们需(xū)要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存在(zài)的其(qí)他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没(méi)法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的(de)子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个(gè)碰(pèng)撞的星系(xì)团(tuán)所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团(tuán)，它(tā)们大部(bù)分(fēn)的普通(tōng)质量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)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。所以(yǐ)在(zài)理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中间区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来验证它的(de)质量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片(piàn)中我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)出了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级(jí)巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测(cè)的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量(liàng)气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了(le)这个区域，并在两边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分表示温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上它们之(zhī)间的(de)温差只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过对前(qián)景背(bèi)景分离(lí)后的(de)二值图像进行连(lián)通域提取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来(lái)不(bù)应该是这(zhè)样(yàng)的，而随(suí)着暗物质(zhì)的(de)增(zēng)加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这(zhè)个数(shù)字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所需要(yào)的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质(zhì)的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如(rú)果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒(lì)子(zi)的存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒(lì)子到底是什么？科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的(de)目标粒(lì)子所需要的实(shí)验(yàn)方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规(guī)物(wù)质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了(le)一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声(shēng)称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些(xiē)科学家认为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质(zhì)会(huì)产生周期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那(nà)么如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当中，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是一(yī)致的(de)，而(ér)另外半年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿(chuān)越暗物质(zhì)流(liú)最快(kuài)的(de)时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究人员们所观测(cè)到的(de)周期性(xìng)信号。当然(rán)也可能有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连意大(dà)利游客的数(shù)量也(yě)符合这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和(hé)第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所存在的非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提供相应(yīng)的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃(bó)望(wàng)远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中一(yī)个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一(yī)种神(shén)秘的(de)效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应(yīng)，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的一个重要(yào)因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这(zhè)样的效应创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前(qián)提是(shì)要先找到暗(àn)物质存(cún)在的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的动力！

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