宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在(zài)过(guò)去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了(le)一(yī)个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并(bìng)且发(fā)现了海王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是(shì)应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取得重大天文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子。但是(shì)这(zhè)些发(fā)现都是在(zài)恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研(yán)究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星系所组成(chéng)的(de)巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团的质量一般(bān)会使(shǐ)用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需(xū)要的(de)数据(jù)是测量各(gè)个(gè)星系的光度。

第二种是(shì)动力(lì)学质量的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系(xì)团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量(liàng)结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹(zī)威基(jī)发(fā)现星(xīng)系团中很多星系的(de)速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿(dùn)的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分(fēn)不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特(tè)在(zài)观测仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是(shì)他们(men)观(guān)测的(de)结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的(de)增加(jiā)，恒(héng)星的(de)旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)的(de)万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足(zú)够(gòu)大(dà)的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会(huì)使用一种相对标(biāo)准的方法来解释(shì)暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们(men)的(de)旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这种向心(xīn)加速(sù)度的(de)原(yuán)因很可(kě)能就是存在(zài)着一(yī)种我们看不到的(de)物质，是这些暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的(de)速度(dù)，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研(yán)究当(dāng)中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的(de)遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发现了(le)一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球(qiú)大(dà)约(yuē)2.5亿(yì)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(de)千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后(hòu)，发(fā)现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的(de)另(lìng)一(yī)个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互作(zuò)用则是(shì)不同的(de)方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多(duō)人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质存(cún)在的其他的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它们大部(bù)分(fēn)的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互(hù)作(zuò)用(yòng)就会导致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质(zhì)量区域到(dào)底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不(bù)是(2020湖南交通工程学院学费多少钱一年呢，湖南交通工程学院费用shì)真的被(bèi)扭曲(qū)了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和我们地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被一(yī)个质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个(gè)超(chāo)大(dà)质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可(kě)能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观测的(de)时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区(qū)域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的(de)迄今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿(yì)年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上(shàng)留(liú)下了各相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是(shì)一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。