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消失了的物質 提起看不見的物質，往往會讓人聯想到暗物質，實際上，宇宙里曾有一半的可視物質沒有被科學家觀測到。 故事開始于1996年。美國加州大學的科學家通過氘(一種氫的同位素)與正常的氫的比率，計算出了宇宙中的普通物質(或者說是可視物質)占宇宙總物質的5%。
但他們的論文剛發表沒多久，就有天文學家出來證偽他們的理論。天文學家給出令人信服的證據，他們直接給宇宙的所有可視物質進行了普查，但得到的結果卻只有加州大學科學家估值的一半。換句話說，根據天文學家的直接觀察，宇宙中可視物質只占宇宙總物質的2.5%。 那么，是計算出了問題嗎?加州大學的科學家重新檢驗了他們的計算，發現5%是正確的答案;但是，事實證據也不會說謊。那么，那些未被發現的物質消失到哪兒了?科學界的一樁懸案就此誕生了。 在經過一系列的探測之后，科學家找到了一些線索。他們認為，那消失的物質就在星系團之間的空曠區域里，聚集成一股氫氣云。至于為什么看不見，這或許是由于它們太稀薄了，正如肉眼可見的水蒸氣如果過于稀薄，就會變得不可見那樣。氫氣云非常薄，幾立方米的空間當中只有幾顆氫原子。不過，又是什么原因，使得氫氣云變得連最先進的天文望遠鏡都無法“看見”? 高溫的氫氣團 科學家推測，這或許是由高溫所致的。星系團里有數量眾多的、各種各樣的恒星，這些恒星在自身發生各種反應的過程中，會向外散發這種高能的輻射。當這些輻射來到氫氣云時，會“加熱”氫氣云里的氫原子，然后氫原子會獲得過多的能量。氫原子里的質子和電子會因被注入過多能量，被分離成孤立的質子和電子，形成等離子體。被電離的氫原子無法再吸收或發射任何的光，所以光線能輕而易舉地穿透它，于是，氫原子就“透明”了。 但是，氫原子也只是透明，而非變得虛無。換句話說，它依然能折射穿透而過的光線，類似于水那樣。根據這個道理，科學家不僅可以驗證氫氣云是否存在，還可以計算出氫氣云的質量。
科學家利用澳大利亞的平方千米陣列探路望遠鏡，探測到了一股強烈的電磁脈沖。這股脈沖來自于距離地球40億光年的中子星爆發，它從另一座星系，穿越到了銀河系，其間會經過疑似氫氣云存在的區域。經過計算，科學家發現這股脈沖抵達地球的時間比理論上的晚了近1秒，這表明脈沖途中一定經過某種物質的折射，才導致了其光速的改變。 根據那近1秒的時間差，科學家還可以計算出脈沖途中所經過的物質的折射率，進而了解該物質的密度和性質，果然，造成脈沖折射的物質就是氫。然后再根據收集到星系之間的氫的密度數據，科學家得以計算星系之間的氫的總質量，而這一總質量恰好等于宇宙里那“消失的一半可視物質”的質量。 “消失的一半可視物質”的謎團終于解開了，科學家也終于可以騰出手來，探測暗能量了。 下一個目標：暗能量 暗能量是一種推動宇宙加速膨脹的神秘力量，1998年，科學家首次發現暗能量存在的有力證據。宇宙微波背景輻射觀測實驗給出的數據表明，宇宙中普通物質只占4.9%，暗物質占到26.8%，暗能量占到68.3%。暗能量與暗物質被科學家稱為“21世紀初物理學天空存在的兩朵烏云”。 科學家為什么現在才有機會探測暗能量呢?因為暗能量理論雖然提出已經很久了，也已經有了令人信服的間接證據證明它的存在，但是直到現在還沒有任何關于它的直接證據。因此暗能量的探測優先級排在了最后。 而且這樣的觀測需要足夠的資金和高精度的儀器。科學家先將有限的資源來建設大型粒子加速器以尋找暗物質了，一時半會兒沒有多余的資源和精力建造可以探測暗能量的儀器。所以，也只有在最早的那一個問題解決之后，科學家才能把注意力集中在暗能量上。 2020年12月，專門用來探測暗能量的暗能量光譜儀(簡稱DESI)在美國亞利桑那州落成。DESI有5000根探測天線，它們分別朝向不同的太空方向，猶如蒼蠅的眼睛那般。每根天線負責探測一座星系，在20分鐘內，DESI就能探測完5000座星系。 DESI是一個包含來自13個國家近80個研究單位的500多名研究者的國際合作項目，管理單位是美國勞倫斯伯克利國家實驗室，它的主要目標是精確觀測宇宙中星系大尺度結構分布的三維結構，從而揭示宇宙加速膨脹和暗能量的奧秘。
2021年5月17日，DESI項目在美國亞利桑那的基特峰國家天文臺正式開始觀測。在這之后的五年中，DESI將觀測來自于約3000萬個遠方星系的古老光子，并利用這些光子組成的光譜能量分布來測量宇宙的加速膨脹速度、宇宙中大尺度結構的增長和形成歷史、以及星系本身的形成和演化歷史。 作為目前世界上最大的光譜巡天項目，DESI觀測到的星系光譜數目將會是之前所有巡天觀測到的光譜數之和的十倍，讓我們能夠一直觀測到宇宙110億年之前的古老星系分布。正因如此，DESI也是下一代暗能量巡天中最富有野心的項目，其科學目標是回答現在困擾整個人類文明的關乎宇宙命運的終極問題：暗能量的本質是什么?宇宙大尺度上，愛因斯坦的廣義相對論是否仍然成立，或是需要修改才能解釋宇宙結構的增長與加速膨脹? |
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