量子效应不仅在亚原子级起作用：它们可以分布在整个银河系中并解决暗物质的奥秘
宇宙的大部分事物都是不可见的，由某种物质组成，该物质在通过我们以及通过科学家建造的所有旨在捕获它的探测器的过程中不会留下任何痕迹。 但是，正如大多数理论家所暗示的那样，这种暗物质甚至可能不包括看不见的粒子云。 取而代之的是，它可能变得更加陌生：
超流体在数十亿年前凝结成水坑，并催生了我们今天正在观测的星系。
这个
新的假设对宇宙学和物理学产生了深远的影响。 超流体暗物质（STM）解决了许多与粒子云有关的理论问题。 她解释了为确定这些云的各个组成部分而进行的漫长而令人讨厌的长期失败尝试。 它还为进一步的搜索提供了明确的科学途径，并给出了可以很快验证的某些预测。
STM也具有重要的概念含义。 从这个想法可以得出，普遍接受的宇宙概念是由某些力约束的个体粒子的质量，就像儿童的设计师一样，却错过了自然的全部财富。 宇宙中的大多数物质都可能与您的身体组成完全不同：它可能不包含原子，甚至不像我们通常想象的那样由粒子组成，而是一个连贯的整体。
宾夕法尼亚大学理论物理教授贾斯汀·科里（Justin Khoury）表示：“多年来，人们一直使用最简单的TM模型：不会与其他粒子碰撞并且不会发光的粒子。” “但是在过去的20年中，观测和计算机模拟已显着改善，并且在银河系规模上，该模型存在一些问题。” TM的粒子不会相互碰撞，因此不会组装成等效于恒星和行星的紧凑结构。 根据定义，既然TM不发光，那么它存在的证据就是它的引力效应：从所有事物来看，不可见的物质都会影响星系的形成，旋转和运动。 在最大尺度上，无碰撞的HM通常与天文观测非常吻合。
在较小的规模上，这个流行且广泛使用的模型预测，在银河中心应收集的物质比天文学家所能看到的更多—这一特征被称为“尖峰问题”。 而且，该模型为银河系预测了太多的卫星星系，并且无法解释为什么我们真正拥有的卫星几乎位于同一平面上。 最后，没有碰撞的TM并没有说出旋涡星系的亮度与其旋转速度相对应的原因。 这个简单的模型似乎太简单了。
对于这种缺陷的一种可能的解释可能是物理学家错过了一个与星系形成有关的重要天体物理过程。 但是库里并不这么认为。 从他的角度来看，这个问题涉及的是更深层次的问题。 重点不仅在于没有碰撞的TM的冷模型几乎不对应某些数据，而且完全不同的模型更好地与标准模型所遇到的问题一致。 代替发明未发现的新粒子，
另一个模型建议修改引力以匹配TM。 千百万光年距离处的重力行为无法直接测量。 在地球上无法检测到的微小影响在整个银河系的规模中可以发挥相当大的作用。
重力 （MG）的
修改在某些情况下令人惊讶地成功，而在另一些情况下却遇到问题。 一方面，它令人惊讶地轻松地对应于星系的旋转，并解释了亮度和旋转速度的依赖性来自何处。 MG不允许出现使用星系云时出现的从星系到星系的各种参数-后者可能完全不同。 另一方面，MG几乎无法应付比典型星系大得多或小得多的距离的观测。 在这些规模上，cold TM的模型效果更好。
众所周知，在爱因斯坦引力理论中改变某些东西而不完全破坏它是极其困难的。 因此，大多数物理学家选择颗粒物形式的更安全的替代物。 对他们而言，新粒子的出现是解决问题的绝妙途径，而相关的数学则是熟悉的领域。 但是库里不想参加任何这些政党。 他想从这两者中汲取最大的优势，以便最适合真正的宇宙。
“人们通常试图通过改变引力来解决银河系问题； “这是TM的替代产品，” Courie说道。 -由于某种原因，也许出于社会性质，这两种方法被认为是互斥的：您是在MG营地还是在TM营地（由粒子组成）中。 但是为什么不将它们结合起来呢？ 当然，
奥卡姆的剃刀会说这不太令人信服。 因此，我们选择的方法是，由微粒组成的MG和TM两种现象都可以简单地成为同一理论的各个方面。”
自从80多年前瑞士天文学家
弗里茨·兹维奇 （
Fritz Zwicky）发现TM以来，就已经存在TM的证据。 1933年，兹维基在加利福尼亚州威尔逊山天文台使用了胡克254厘米望远镜，将其指向
维罗妮卡发簇 。 这是由重力引力连接在一起的大约1000个星系的群。 在这样的连接系统中，其组成部分（在这种情况下为星系）的速度取决于总束缚质量。 Zwicky指出，与仅考虑物质的表观质量相比，星系的移动速度要快得多，并建议该星团应包含不可见的物质。 他称其为Dunkle Materie，或德语中的“暗物质”。
物理学家可能会将这种情况视作一个奇怪的偏差。 但是事实证明，从1960年代开始，美国天文学家
维拉·鲁宾 （
Vera Rubin）研究了旋涡星系的旋转时，这种观察更多地是规则而不是例外。 远离星系中心的轨道中的恒星速度取决于所连接系统的总质量（因此也取决于重力引力），在这种情况下，取决于星系的质量。 鲁宾的测量结果表明，数十个星系的旋转速度比仅可见物质的旋转速度要快。 自从鲁宾的观察使TM成为探照灯的亮点以来，它就一直是最流行的尚未解决的物理问题之一。
望远镜技术一直在稳步改进，并且从观测中获得的有利于TM的证据已经逐渐积累和完善。 现在，物理学家可以观察到由于银河星团附近的时空引力曲率引起的微小畸变。 这种畸变被称为弱引力透镜，会稍微扭曲更远的恒星物体的外观。 来自它们的光在簇周围弯曲，其吸引力就像透镜一样。 通过这种效果的强度，总共可以计算出簇的质量并证明HM的存在。 使用这种方法，物理学家甚至可以绘制出TM分布图。 将它们与其他证明方法进行比较，他们确定宇宙物质的85％应该与TM有关。
使用甚至更多的数据，物理学家还能够排除TM由普通原子的不可见团块组成的想法，例如组成地球的原子团（在技术上称为
重子物质 ）。 这是正常现象，与自身的相互作用太大； 它不会给出TM的观察分布。 TM也不能由坍缩成黑洞的恒星或其他昏暗的天文物体组成。 如果真是这样，那么这些天体将不得不大大超过我们银河系中的恒星，这将导致引力畸变，并且很容易观察到。 而且，HM不能由其他已知粒子组成，例如由大量恒星发出的弱相互作用的中微子。 中微子的凝聚力不足以产生可观察到的银河结构。
事实证明，为了解释TM的组成，物理学家必须建立有关尚未发现的新粒子的理论。 大多数情况下，它们的使用可分为两大类：弱相互作用的大颗粒（
WIMP ）和轻
得多的轴 ，尽管也不乏结合不同类型颗粒的更复杂的假设。 但是，所有直接检测这些粒子的尝试，而不仅仅是从重力引力中获取它们的尝试，到目前为止都没有成功。 尝试解决问题而不是解决难题，只是加深了它。
意大利国际高级研究学院物理学教授斯特凡诺·利贝拉蒂（Stefano Liberati）说：“如今，如果不对暗物质感兴趣，就不可能对宇宙学感兴趣”。 Liberati及其同事独立地对
TM进行了
解释 ，这与Kouri所提供的内容非常相似。 当Liberati首次发现冷的TM模型失败时，MG在银河规模上是多么成功时，他立即想出了一种将这两种模型结合起来的方法。 他说：“这让我想到：也许TM正在经历小规模的相变。” -也许会变成某种液体，特别是变成超流体。 如果它在银河规模上形成凝结，它将实际上解决许多问题。”
在日常生活中不存在超流体液体，但物理学家熟悉它们。 它们就像超导体，超导体是一类材料，其中电流无阻力地运动。 当冷却到接近绝对零的温度时，氦气也开始流动而没有阻力。 它从最小的孔中渗出，甚至从托盘中流出，向上移动到墙壁上。 这种超流体行为并非氦独有。 这是物质在足够低的温度下可以进入的状态阶段。 此类超冷液体由爱因斯坦和印度物理学家
Chatyatranath Bose于1924年首次预测，现在被称为
Bose-Einstein冷凝物 。 Liberati意识到TM也可以进入超流体状态。
玻色-爱因斯坦冷凝物最好以两种成分的混合物形式研究：超流体液体和普通液体。 这两个组件的行为不同。 超流体在很远的距离处显示出量子效应，它没有粘度，并且在大范围内会出现意想不到的相关性。 它的行为就好像它包含的粒子比实际粒子大得多。 另一个正常成分的行为类似于通常的流体。 粘附于容器及其本身-即具有粘性。 两种组分之间的比例取决于冷凝液的温度：温度越高，普通组分的影响越大。
我们习惯于认为量子物理学仅在微观领域占优势。 但是，物理学家对量子理论的了解越多，事实就变得不那么清楚。 玻色-爱因斯坦凝聚物是研究最多的物质之一，其允许量子效应在介质中传播。 从理论上讲，如果量子行为的摄动足够弱，则其行为可以扩展到任意大的距离。
在地球这样一个温暖嘈杂的环境中，脆弱的量子效应很快被破坏。 因此，我们通常不会遇到诸如粒子具有像波一样行为的能力等量子物理学的奇怪方面。 但是，如果您在凉爽而平静的地方调用量子行为，它将继续存在。 在如此寒冷，平静的地方，例如外太空。 量子效应能够在很长的距离上延伸。
如果TM是Bose-Einstein冷凝物（其中量子效应扩展到整个星系），则该状态自然可以解释TM行为的两种不同模型。 在星系内部，大多数TM处于超流体阶段。 在银河系群中，银河系空间比例很大时，大多数TM处于正相，这会导致不同的行为。 根据Cooney及其同事的说法，可以使用仅带有几个开放参数（属性必须具有正确值才能使模型起作用）的简单Bose-Einstein冷凝物模型来解释HM的观测效果。
TM可以是玻色-爱因斯坦凝聚体的想法长期以来一直在天体物理学界引起争议，但是新版本有其自身的差异。 Kouri的新想法之所以令人信服，是因为他说超流体TM可以模仿MG：它将两个模型的优点结合起来就可以达到目标。 事实证明，无需修改重力即可获得MG理论中观察到的结果。 相干超流体可以导致出现相同的方程式和相同的行为。 因此，Koury模型结合了冷TM和MG的优点而没有两种理论的缺点。
Superfluid TM可以克服MG最大的问题：大多数天体物理学家都不喜欢。 这些研究人员中许多来自粒子物理学，而MG方程对他们而言似乎并不寻常。 对于粒子物理学家而言，这些方程式看起来没有吸引力且不自然。 他们似乎是针对结果量身定制的。 但是superfluid TM提供了一种不同的，也许更自然的方程式方法。
根据Cowry的说法，超流体TM的方程式不属于基本粒子物理学领域。 它们是从
凝聚态物理中出现的，它们不是描述基本粒子，而是描述基于它们出现的远程行为。 在Kouri模型中，MG中出现的方程式没有描述单个粒子。 他们描述了粒子的联合行为。 这样的方程对于许多粒子物理学的专家来说并不陌生，因此超流体与MG之间的关系已经被人们忽略了很长时间了。 但是，与MG方程不同，描述超流体液体的方程已经具有强大的理论基础-仅在凝聚态物理中。
Kouri注意到这种联系是不可预测的巧合。 他偶然发现了有关凝聚态物理的文献，所用的方程式与他在MG理论中所见的方程式非常相似：“然后所有其他东西都落入了原处，”他说。 “我认为所有这些都形成了结合了这两种现象的美丽图画。”
回到TM存在的观察证据，Koury的超流体方法可以解决现有模型的许多问题。 首先，由于所有密度波动都在超流体相中对齐，因此超流体可防止HM在星系中心过多结块，消除了虚幻的“扭曲”。 Liberati说：“超流体将具有连贯的长度（所有物质处于同一状态的距离）。” “由此已经很明显，不会有多余的东西。”
超流产生的吸引方案与MG方程相同，因此它可能是所观察到的星系旋转曲线规律性的原因。 但是，与MG不同，它仅在超流体成分占主导的温度下工作。 在较大规模的银河星团上，HM会变得过于兴奋（即太热）并失去超流体特性。 这样，超流体TM可以引起可见星系的形成，同时，在不同于超流体的相中，它将对应于所观察到的星团结构。
Kouri的方法解释了为什么天文学家没有观察到太阳系内部存在MG的证据。 他说：“太阳产生了如此强大的引力场，以至于它局部破坏了超流体的相干性。” -在太阳系附近，不要以超流体相干来反映。 太阳的行为就像杂质。 就像液体中的洞。”
最后，超流体模型解释了物理学家为何找不到TM粒子的原因。 自1980年代以来，数十项不同的实验一直在寻找此类粒子存在的直接证据。
这些实验通常使用带有各种材料的大型屏蔽水箱，在极少数情况下，这些水箱会与TM粒子发生相互作用并发出可观察到的信号。尽管技术和材料种类繁多，但使用隐藏在地下矿井中的精心隔离的探测器来滤除虚假信号，没有令人信服的证据表明存在TM。在没有检测到的情况下，TM可以是另一种类型的粒子之外的东西的想法正变得越来越令人信服。普林斯顿大学理论物理学教授尼玛·阿卡尼·哈默德（Nima Arkani-Hamed）说：“当我还是一名学生时，我每30夜都会睡在醒来的重力作用下醒来。” “然后，它每隔300个晚上发生一次，现在，它每隔100个晚上发生一次。主题再次出现。”如果HM是一种超流体液体，那么它所组成的颗粒应该是轻的，比大多数实验所寻找的假设HM颗粒轻得多。超流体的成分可能太轻，无法在当前实验中检测到。Cowry模型的一种改进且独特的预测是，超流量子行为应在星系碰撞中留下特征标记。当一个星系的TM凝结与另一个星系的凝结相撞时，结果将出现干涉图样-物质和重力分布中的波纹，这将影响星系的行为。 Superfluid TM还可以预测星系团中TM的成分之间的摩擦。这种摩擦将再次确定地吸引引力。如果您确切知道要寻找的内容，那么通过引力透镜观察可以发现存在超流体TM的这些迹象。对于预测的数值估计，必须进行计算机模拟。 Koury现在正在与牛津大学的研究人员一起从事这样的项目。仿真还应表明，与超流TM理论相比，与现有模型的预测相比，预期卫星星系的数量是否更好地符合超流体理论。开普敦大学的宇宙学家阿曼达·韦尔特曼（Amanda Weltman）与TM一起工作，但并未参与这项研究，他认为新模型“非常有趣且富有创造力”。但是她说，她将保持自己的估计，直到看到实验证实，一些证据明显支持了超流动性：“这种观察将为他们的想法增加实际的分量。”如果在超级计算机上的模拟成功，则Koury可能能够提供此类证据。然后，我们必须习惯于更复杂的宇宙视图-不仅充满了暗物质，而且充满了没有摩擦的超流体，绕着明亮的星系旋转。Arkani-Hamed对此表示怀疑，并且不准备接受冷TM。他说：“但是，如果在下一组实验中找不到w夫，那么在接下来的20年中将不会找到found夫。” 他认为，现在应该重新审视以不寻常的粒子或经过修改的重力理论为基础的模型了。或结合了两个黑暗世界中最好的一个模型。