1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量(liàng)后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系(xì)团(tu唐嫣是一线女明星吗，唐嫣是不是一线明星án)的质量一(yī)般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数(shù)据(jù)是测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个(gè)星(xīng)系相对于星系(xì)团的(de)运动速度。当测量结果出(chū)来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的过(guò)程(chéng)中，兹威基(jī)发(fā)现星系(xì)团中(zhōng)很多(duō)星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星(xīng)系(xì)的质量所(suǒ)产生的(de)引力(lì)是无(wú)法将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作(zuò)用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部(bù)分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的(de)人们对这(zhè)样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结(jié)果却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随(suí)着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的(de)存在，这(zhè)种方法就是(shì)测(cè)量星系当(dāng)中(zhōng)气(qì)体(tǐ)在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电望远镜测(cè)量了(le)距离星系(xì)中(zhōng)心更远距(jù)离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河(hé)系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离(lí)银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实(shí)际(jì)速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因很(hěn)可能(néng)就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗(àn)物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项(xiàng)新(xīn)的(de)研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微(wēi)小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒(héng)星数(shù)量却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进行了(le)40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系(xì)中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动是可(kě)以用(yòng)正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系(xì)剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不(bù)够全(quán)面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度(dù)空间(jiān)中的(de)工作方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还(hái)引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规(guī)模(mó)上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解(jiě)释的(de)“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在的(de)中间区域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的(de)质量区域到底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星(xīng)系(xì)似乎(hū)被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极(jí)遥远(yuǎn)的(de)天(tiān)体(tǐ)和我们(men)地球上的(de)观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东(dōng)西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的(de)天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当(dāng)人们(men)对(duì)子弹星(xīng)系团观测的(de)时候，发现它的(de)大质量区域(yù)并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学(xué)家们(men)通过(guò)对前(qián)景背(bèi)景分离后的二值图像进(jìn)行连(lián)通域提(tí)取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)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(zhí)，我们需要的暗(àn)物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何(hé)其(qí)他的电磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来(lái)相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的目(mù)标粒(lì)子所需要(yào)的实验方(fāng)式也(yě)不(bù)相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规(guī)物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)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(le)一(yī)个地方，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实(shí)验(yàn)室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的(de)方向是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达(dá)到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也(yě)可能(néng)有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的(de)差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的(de)数量(liàng)也符合这个(gè)周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动特(tè)征(zhēng)和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力(lì)的证据(jù)了(le)。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的(de)望(wàng)远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃(bó)望(wàng)远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于(yú)探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验(yàn)室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支(zhī)持(chí)宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞(dàn)生(shēng)，或者说是(shì)生命(mìng)进化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不(bù)会意味(wèi)着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过(guò)这样的(de)效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提(tí)是要(yào)先找到暗物(wù)质存在(zài)的实际(jì)证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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