因研究宇宙膨脹和暗能量而獲2011年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的幾位科學(xué)家：布萊恩·施密特（左），亞當(dāng)·里斯（中）和薩爾·玻爾馬特（右）

神秘的暗能量出現(xiàn)在宇宙誕生破曉時(shí)分，它可以讓宇宙穩(wěn)定，也可以把宇宙撕碎。

天文學(xué)家布萊恩·施密特靜靜地回憶起那個(gè)使他獲得2011年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的驚人發(fā)現(xiàn)。那是1977年的某個(gè)瞬間，沒有欣喜，只有憂慮。

施密特是堪培拉的澳大利亞國(guó)立大學(xué)斯特羅姆勒山天文臺(tái)的天體物理學(xué)家，在超新星領(lǐng)域有特殊貢獻(xiàn)。超新星是演化到末期的恒星發(fā)生劇烈爆炸的產(chǎn)物，最亮的時(shí)候相當(dāng)于50億個(gè)太陽(yáng)。這些明亮的天體是浩瀚星海中的燈塔，天文學(xué)家通過觀測(cè)超新星能夠測(cè)量宇宙的尺寸、形態(tài)和質(zhì)量。

施密特的同行們分布在世界各地——?dú)W洲、南美洲、美國(guó)等地區(qū)，他們的團(tuán)隊(duì)在一天里每個(gè)時(shí)間段都有值班的科研人員，以確保第一時(shí)間分析望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)。施密特在東半球需要工作一整天，隨后發(fā)郵件給西半球加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的同事亞當(dāng)·里斯，由他進(jìn)一步研究這些數(shù)據(jù)。

在一個(gè)繁忙的早晨，施密特收到了里斯傳來的一張圖表，涵蓋超新星距離的最新估測(cè)——但這些數(shù)據(jù)和他的預(yù)期迥然不同?！拔抑恍钁{借雙眼就能知道發(fā)生了什么?！笔┟芴卣f：“當(dāng)時(shí)我腦海中跳出一句話：噢，亞當(dāng)！你做了什么？”

我們應(yīng)該理解施密特的疑慮。他以為可以看見一條從左下方朝右上方傾斜的曲線。而實(shí)際上這條曲線是向右下方傾斜的，猶如一條受驚的狗尾巴。施密特因此愁眉不展，隱約感覺天文學(xué)家應(yīng)該重新思考宇宙的運(yùn)行方式。

當(dāng)時(shí)，施密特認(rèn)為他對(duì)宇宙的演化理論已經(jīng)成竹在胸：宇宙始于一個(gè)極端微小而充滿能量的奇點(diǎn)——也是大爆炸的點(diǎn)——從此不斷向外擴(kuò)張，膨脹的空間帶著星系和超新星一起延伸和拓展。這些天體在引力的作用下相互拉扯，就像太陽(yáng)束縛住地球一樣。據(jù)施密特所知，這樣的物理定律讓疾馳的宇宙逐漸平靜下來；宇宙仍然在膨脹，但引力使膨脹速度變小了。

然而，里斯所得出的結(jié)論卻演繹出另一個(gè)故事。超新星同地球的距離比任何人預(yù)期的都更遠(yuǎn)，這表明宇宙比天文學(xué)家先前認(rèn)為的更大，引力的拉扯力似乎被一種更強(qiáng)大的力量征服了。

最佳解釋聽上去好像很荒謬：宇宙在加速膨脹。斯密特對(duì)此結(jié)論的評(píng)價(jià)是“愚蠢”。誰(shuí)都沒有觀測(cè)到能夠讓宇宙加速膨脹的力，因此，他認(rèn)為這個(gè)發(fā)現(xiàn)一定是哪里出錯(cuò)了。

幾個(gè)月后，這個(gè)令人不安的觀念仍然存在。更重要的是，另一個(gè)由加州勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的薩爾·波爾馬特帶領(lǐng)的獨(dú)立團(tuán)隊(duì)也得出了相同的結(jié)論。施密特、里斯和波爾馬特對(duì)超新星突破性的測(cè)量揭示了宇宙加速膨脹的事實(shí)，2011年，他們共同獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

物理學(xué)家為推動(dòng)宇宙加速的力量安上了一個(gè)異想天開式的名字——暗能量，它對(duì)抗引力的束縛，將宇宙空間向外推擠。如果暗能量是宇宙疾速膨脹的幕后推手，那么總有一天宇宙自身會(huì)在一場(chǎng)“大撕裂”中分崩離析。有關(guān)“反引力效應(yīng)”的謎團(tuán)正是現(xiàn)代物理學(xué)中的最大的困惑——暗能量來自哪里？它如何推動(dòng)宇宙膨脹？它是否真的存在？對(duì)于這些問題，學(xué)界全都沒有達(dá)成共識(shí)。

膨脹的證據(jù)

第一個(gè)暗示宇宙膨脹的證據(jù)可追溯到幾乎一個(gè)世紀(jì)前。在這個(gè)證據(jù)出現(xiàn)之前，物理學(xué)家仍然死死握住200多年前艾薩克·牛頓提出的宇宙模型，其中，空間和時(shí)間都是永恒穩(wěn)定的，并可用嚴(yán)格的尺規(guī)和時(shí)鐘精確測(cè)量。根據(jù)牛頓的理論，引力是一種能夠在虛無(wú)的空間中穿行的力，這種無(wú)形的力量將天體拉扯到了一起。

宇宙的歷史。時(shí)間和空間從大爆炸開始，在經(jīng)歷初期的膨脹后，便進(jìn)入了加速膨脹過程

愛因斯坦在1915年提出的另一個(gè)關(guān)于引力的理論——相對(duì)論，挑戰(zhàn)了牛頓的宇宙模型。在愛因斯坦的理論框架中，三維的時(shí)空交織在一起創(chuàng)造了一個(gè)四維的大尺度網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這成了引力的發(fā)源地。時(shí)空在大質(zhì)量天體（如恒星）周圍會(huì)發(fā)生扭曲；而更小的天體，比如行星，則嵌入時(shí)空，仿佛被一種力量推向更大的宇宙結(jié)構(gòu)。

起初，愛因斯坦想象中的宇宙是球狀且靜止的，不會(huì)膨脹也不會(huì)收縮。令他吃驚的是，廣義相對(duì)論導(dǎo)出的卻是一個(gè)不穩(wěn)定的宇宙：一個(gè)微小的變化就能打破輻射（如光）和物質(zhì)之間的平衡，使宇宙向外膨脹或向內(nèi)收縮。愛因斯坦為了堅(jiān)持它的靜止宇宙模型，便引入了一個(gè)穩(wěn)定的參數(shù)，稱為“宇宙常數(shù)”——它能抵消宇宙隨引力收縮的趨勢(shì)。宇宙常數(shù)只不過是一個(gè)為了使宇宙保持靜止而捏造出來的參數(shù)。

但靜止宇宙模型是錯(cuò)誤的。

直到1930年，美國(guó)天文學(xué)家維斯托·梅爾文·斯里弗和埃德溫·哈勃測(cè)量了遙遠(yuǎn)星系的運(yùn)動(dòng)，說服了所有人——包括愛因斯坦——不論如何，宇宙在膨脹。斯里弗和哈勃為人類開啟了一扇嶄新的宇宙之窗，迄今為止，天文學(xué)家仍舊通過這扇天窗觀測(cè)宇宙的過去和現(xiàn)在。

斯里弗和哈勃的結(jié)論基于多普勒效應(yīng)，就是使鳴笛的汽車在接近和遠(yuǎn)離我們時(shí)音調(diào)發(fā)生變化的效應(yīng)。聲音和光都由波組成，你聽見的聲音和你看見的顏色取決于它們的波長(zhǎng)，即兩個(gè)連續(xù)波峰之間的距離。

19世紀(jì)的奧地利物理學(xué)家克里斯琴·多普勒發(fā)現(xiàn)，當(dāng)你所觀測(cè)的波源相對(duì)于你處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，它的波長(zhǎng)就會(huì)發(fā)生變化。離你遠(yuǎn)去的波源發(fā)出的波會(huì)延長(zhǎng)到達(dá)你處的時(shí)間，因而降低聲波的音高，或?qū)⒐獾念伾蚋L(zhǎng)波長(zhǎng)的光譜移動(dòng)，即紅移；向你靠近的波源發(fā)出的波則會(huì)被擠壓，因而提升聲波的音高，或使光發(fā)生藍(lán)移。

1912年，斯里弗發(fā)現(xiàn)所有他能觀測(cè)到的星系的光都比預(yù)期的更“紅”，表明光波被拉伸了。紅移意味著這些星系都朝遠(yuǎn)離地球的方向移動(dòng)，而紅移的大小則揭示它們的退行速度。

我們很難測(cè)量出星系的距離，施密特補(bǔ)充道，“因?yàn)槟悴豢赡芊虐殉咦釉谛窍岛偷厍蛑g?！惫耐扑慊诿總€(gè)星系中擁有相同光度的明亮恒星，它們就像相同瓦數(shù)的燈泡一般，越暗淡，距離越遠(yuǎn)。

這是一個(gè)非常粗糙的假設(shè)，因?yàn)椴皇撬泻阈嵌季哂邢嗤牧炼?，但這個(gè)假設(shè)基本成立。哈勃發(fā)現(xiàn)遙遠(yuǎn)星系發(fā)出的光越“紅”，星系退行的速度就越快。1929年，他將宇宙膨脹的證據(jù)公之于眾。

“用氣球做比喻更容易理解，氣球上事先畫好的點(diǎn)就相當(dāng)于宇宙中的星系。”施密特解釋：“把氣球吹起來，氣球上的點(diǎn)開始相互遠(yuǎn)離——它們離得越遠(yuǎn)，相互退行的速度就越快。”哈勃的發(fā)現(xiàn)同這樣的宇宙模型相契合：宇宙誕生初期非常緊湊，如今就好比一個(gè)不斷膨脹的氣球。

宇宙中的燭光

作為世界上最古老的科學(xué)研究院——倫敦皇家協(xié)會(huì)的成員，施密特看上去非常年輕，幾乎可以用“無(wú)邪”來形容。他的頭發(fā)是金色的，眼睛是藍(lán)色的，臉頰非常飽滿。這和多數(shù)科學(xué)家在經(jīng)歷歲月洗禮、建立學(xué)術(shù)威望的職業(yè)盡頭才獲諾貝爾獎(jiǎng)形成了鮮明對(duì)比。施密特只有46歲，里斯則更加年輕，波爾馬特年齡稍微大些。

施密特在高中階段開始著迷于夜空，那時(shí)他隨父母搬往美國(guó)阿拉斯加定居。用他自己的話說，那里“夏季天空從來不會(huì)變得黑暗，冬季則比地獄還寒冷”，因此是一個(gè)適合天文觀測(cè)的地方。當(dāng)電離粒子撞擊地球大氣，阿拉斯加上空還會(huì)出現(xiàn)絢爛的北極光，這是高緯地區(qū)特有的景象。

施密特的想象力從那時(shí)開始爆發(fā)，他把觀星和另一個(gè)愛好——電腦——結(jié)合起來。1981年，一位生物學(xué)家買來了第一臺(tái)IBM的個(gè)人計(jì)算機(jī)，14歲的施密特把兩年的時(shí)間花在電腦上，計(jì)算出日食發(fā)生的日期。

幾年之后，施密特成為了圖森市亞利桑那大學(xué)的學(xué)生，他在計(jì)算機(jī)編碼方面的特長(zhǎng)也派上了更大的用場(chǎng)。他用自己編寫的軟件篩選望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的亮點(diǎn)來辨認(rèn)超新星——那些比普通恒星更明亮、發(fā)光時(shí)間通常只有幾星期的亮點(diǎn)。

當(dāng)時(shí)，天文學(xué)家仍然想要找到宇宙減速膨脹的證據(jù)，而施密特尋找超新星的研究計(jì)劃則是關(guān)鍵。由于哈勃關(guān)于每顆恒星都具有相同的亮度的猜測(cè)并不完全正確，天文學(xué)家建立宇宙膨脹模型就需要更多可靠的宇宙之燭——那些不論離地球多遠(yuǎn)都能夠以相同亮度燃燒的天體。

科學(xué)家把目光投向一類由死亡恒星演變而成的超新星——它們的質(zhì)量和我們的太陽(yáng)大致相同。在它們整個(gè)生命階段，它們依靠燃燒氫和氦來取得能量，以抵抗自身引力而不向內(nèi)坍縮。這些燃料一旦消耗殆盡，殘余物質(zhì)就會(huì)向中央?yún)^(qū)域坍縮，恒星最終變成了白矮星。

白矮星這種大質(zhì)量天體非常致密，一茶匙物質(zhì)就有好幾噸重，它們強(qiáng)大的引力能吸食鄰近恒星外圍的物質(zhì)，占為己有。當(dāng)白矮星的質(zhì)量達(dá)到了臨界值，即1.38倍太陽(yáng)質(zhì)量，它就會(huì)像一個(gè)巨大的熱核炸彈一樣發(fā)生劇烈爆炸。

這類超新星被稱為1a型超新星，它們達(dá)到質(zhì)量臨界值時(shí)就會(huì)被引爆，爆炸的亮度非常相似，是天文學(xué)家觀測(cè)宇宙的指路明燈。只需測(cè)量這類超新星爆發(fā)時(shí)的亮度，就能估算它們和地球相距多遠(yuǎn)。我們知道，光波在膨脹的空間中會(huì)被拉伸，所以天文學(xué)家根據(jù)紅移便能直接丈量宇宙的膨脹。

1989年，施密特在哈佛大學(xué)攻讀博士期間，便根據(jù)超新星的距離計(jì)算出了宇宙膨脹的即時(shí)速度。在此期間，里斯是低他三個(gè)年級(jí)的師弟，由同一導(dǎo)師羅伯特·科什納指導(dǎo)。

里斯同樣是在小時(shí)候就深深愛上了科學(xué)。他渴望親自做充滿危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)，這令他父母非常擔(dān)心。六歲時(shí)，里斯把蚯蚓切成兩段，并觀察它們是否還能繼續(xù)爬動(dòng)（蚯蚓真的沒有停止扭動(dòng)）。不久之后，里斯又對(duì)電產(chǎn)生了好奇，他在兩個(gè)家用插座接口之間插了一條金屬片?！拔野鸭依锏碾娐放獕牧?，不過我從中學(xué)到了什么是短路。”里斯大笑道。

利用1a型超新星探測(cè)宇宙膨脹的想法在施密特和里斯相遇后愈發(fā)強(qiáng)烈，他倆也因此迅速同波爾馬特成為競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。波爾馬特當(dāng)時(shí)已經(jīng)確認(rèn)了7顆1a型超新星，它們的距離都比先前科學(xué)家看到的遠(yuǎn)10倍。由于遙遠(yuǎn)天體的光到達(dá)地球需要時(shí)間，你的目光越深入蒼穹，展現(xiàn)在你眼前的宇宙歷史就越豐富。

為這些遙遠(yuǎn)的超新星精確定位，有助于揭示宇宙在過去膨脹得有多快。波爾馬特說：“如果宇宙曾快速膨脹，遙遠(yuǎn)超新星的紅移就會(huì)比鄰近的超新星更顯著。另一方面，如果宇宙在以較慢的速率膨脹，遙遠(yuǎn)超新星的紅移則不會(huì)那么明顯。”通過比較遙遠(yuǎn)和鄰近的“恒星尸體”的紅移，還可能測(cè)得宇宙膨脹的速率是否曾發(fā)生改變?！斑@是一種很直接的測(cè)量方法，而其他人居然都沒用過，當(dāng)時(shí)我就震驚了。”波爾馬特回憶道。

刀口上的宇宙

波爾馬特強(qiáng)烈渴望找尋宇宙最終命運(yùn)的真相。幾十年前，宇宙學(xué)家凝視著愛因斯坦的方程式，推導(dǎo)出宇宙命運(yùn)的三種可能性——這取決于宇宙中星系、恒星的數(shù)量。如果宇宙中物質(zhì)的密度足夠大，宇宙就不僅僅會(huì)減慢膨脹速度，而且會(huì)在引力作用下收縮成一個(gè)極小的點(diǎn)——這就是“大坍縮”。

而如果宇宙所包含的物質(zhì)數(shù)量在臨界值之下，則膨脹雖然會(huì)減少，但永遠(yuǎn)不會(huì)停止；如果膨脹非常劇烈，或加速膨脹，宇宙則會(huì)終結(jié)于“大撕裂”。第三種可能的情況是物質(zhì)正好處于臨界值（這個(gè)值好比一個(gè)尖尖的刀口），宇宙將永久保持穩(wěn)定狀態(tài)。

正是這些深?yuàn)W的哲學(xué)問題引領(lǐng)波爾馬特踏入了天文學(xué)的門檻。“在我小時(shí)候，我總想讀懂宇宙?！彼f，“宇宙會(huì)在時(shí)間和空間中永遠(yuǎn)存在下去嗎？它會(huì)有終點(diǎn)嗎？這可能是每個(gè)小學(xué)生都會(huì)問的問題?！彼f，根據(jù)宇宙膨脹的歷史，我們能從實(shí)驗(yàn)中推測(cè)未來，因此，這個(gè)問題是可能獲得答案的。

首位嘗試解決這個(gè)問題的宇宙學(xué)家，是麻省理工學(xué)院的阿蘭·古斯和當(dāng)時(shí)在莫斯科列別捷夫物理研究所工作的安德烈·林德。他們各自獨(dú)立得出相同的推論：宇宙恰好在刀口——臨界密度處于平衡。

宇宙學(xué)家發(fā)現(xiàn)無(wú)論把望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)哪里，無(wú)論看得多遠(yuǎn)，宇宙看上去總是相似的——這是他們尤為關(guān)注的，也是一直在努力解釋的疑惑。這個(gè)謎團(tuán)是在天文學(xué)家測(cè)量宇宙微波背景輻射（宇宙大爆炸后殘留的輻射）之后躍入眼簾的。在整個(gè)天空中，微波背景輻射的溫度僅存在非常微小的差異。

兩個(gè)方向相反的點(diǎn)限制了我們能觀測(cè)到的范圍——北面140億光年的地方和南面140億光年的地方。在這兩端之間，微波背景輻射溫度僅相差萬(wàn)分之一。問題來了，相隔280億光年遠(yuǎn)的兩個(gè)區(qū)域何以擁有相同的溫度？

古斯和林德的答案很優(yōu)雅：我們的宇宙曾經(jīng)歷一段暴漲時(shí)期，即在宇宙大爆炸后的10-30秒，處于嬰兒階段的宇宙擴(kuò)張速度超越了光速。如果真是這樣，這兩個(gè)端點(diǎn)在暴漲之前一定挨得很近，有足夠的時(shí)間在熱傳遞中保持一致的溫度。接著，暴漲撕裂了所有溫度大致相同的點(diǎn)，把它們擲向相反的兩端——這就解釋了為什么宇宙在每個(gè)方向都如此相似。

重要的是，數(shù)學(xué)推導(dǎo)表明宇宙中被“熨平”的溫度同樣會(huì)導(dǎo)致宇宙處于臨界密度，即微妙地保持在繼續(xù)膨脹和向內(nèi)坍縮之間的平衡狀態(tài)。但至今為止，天文學(xué)家所發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)僅占臨界密度的30%，這意味著還有70%的宇宙在和我們躲貓貓。

里斯很想找到這個(gè)問題的答案。

尋找暗物質(zhì)

對(duì)天文學(xué)家來說，未能在可見的宇宙中觀測(cè)到那70%的物質(zhì)似乎是個(gè)巨大的疏漏。天文學(xué)家明白，望遠(yuǎn)鏡不可能捕捉到潛伏在宇宙中的一切。當(dāng)他們發(fā)現(xiàn)大量星系外圍物質(zhì)的旋轉(zhuǎn)速度都快得不可想象時(shí)，才意識(shí)到宇宙中多數(shù)物質(zhì)都是不可見的。

星系外圍的恒星似乎被更強(qiáng)大的引力拖拽著，而這個(gè)更強(qiáng)大的力，比根據(jù)可見的恒星數(shù)量計(jì)算出來的引力還要大。最可信的解釋是星系中也包含著我們無(wú)法用傳統(tǒng)方式觀測(cè)到的“暗物質(zhì)”，它們對(duì)外圍恒星也施加了引力。

里斯想知道宇宙中是否存在足夠多的暗物質(zhì)來填補(bǔ)那70%的不可見的質(zhì)量。他認(rèn)為這可根據(jù)宇宙膨脹速度減緩的幅度來證明。如果宇宙膨脹速度顯著變慢，則可認(rèn)為宇宙中存在著未觀測(cè)到的引力，它阻礙了宇宙擴(kuò)張，而大量的暗物質(zhì)便是罪魁禍?zhǔn)?。暗物質(zhì)的多少是支配宇宙繼續(xù)膨脹或反向坍縮的原因。

兩組科學(xué)家通過長(zhǎng)期的望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)和數(shù)據(jù)分析，競(jìng)相測(cè)量宇宙膨脹的速度。在1977年初，波爾馬特找到了從未預(yù)料到的第一個(gè)證據(jù)。他通過觀測(cè)超新星的亮度，發(fā)現(xiàn)在紅移給定的條件下，這些超新星比人們預(yù)測(cè)的更遙遠(yuǎn)。如果這是事實(shí)，則能推導(dǎo)出一個(gè)令人震驚的結(jié)論：宇宙并不像過去認(rèn)為的那樣在減速膨脹，而是膨脹得越來越快。波爾馬特在發(fā)布這個(gè)結(jié)論之前需要不斷檢驗(yàn)它的正確性。

里斯則創(chuàng)造了一套測(cè)量宇宙密度的計(jì)算機(jī)程序，并得到了相同的怪異結(jié)論。結(jié)論并非指向一個(gè)由30%的物質(zhì)組成的宇宙（即他所期望的永久膨脹情形所需要的條件），而是-30%——仿佛是對(duì)他的譏諷。這個(gè)數(shù)值與任何情況都不相符，也不具有物理意義。

一開始，里斯以為他的程序出了故障。最終他意識(shí)到這個(gè)情況是可以解釋的——直到現(xiàn)在都沒有被完全認(rèn)定的解釋：也許暗物質(zhì)并不是支配宇宙命運(yùn)的唯一“成員”。也許還有其他什么正潛伏在廣袤的宇宙中。

就是這封郵件

又回到了本文開頭提到的那張圖。

這張圖正是里斯得到結(jié)論后，通過郵件發(fā)送給澳大利亞的施密特的。里斯斬釘截鐵地告訴施密特這張圖中蘊(yùn)含的信息：宇宙在膨脹，且膨脹速度隨時(shí)間推移越來越快。里斯和施密特懷揣著這個(gè)怪誕的結(jié)論，仿佛在航行中觸碰到了暗礁一樣。他們不得不嚴(yán)格地驗(yàn)證這個(gè)結(jié)論。

對(duì)里斯來說，那段時(shí)間真是什么事情都湊到一塊兒了。在那幾周里，里斯正準(zhǔn)備婚禮，而所有的婚禮籌備工作都是他的未婚妻做的，里斯則一直宅在自己的實(shí)驗(yàn)室里。“圣誕假期來臨，可我仍舊苦逼地埋頭實(shí)驗(yàn)室?！崩锼剐Φ?。

直到1998年1月初，施密特和里斯才肯定了這個(gè)結(jié)論，他們把結(jié)論告知了整個(gè)研究團(tuán)隊(duì)。里斯終于有了結(jié)婚和度蜜月的機(jī)會(huì)。

是時(shí)候向全世界公布這個(gè)結(jié)論了。同樣是1月份，波爾馬特的團(tuán)隊(duì)在美國(guó)天文協(xié)會(huì)的一次會(huì)議上宣布了宇宙加速膨脹的數(shù)據(jù)，施密特的同事立即意識(shí)到這些數(shù)據(jù)和他們的結(jié)論是一致的。宇宙擴(kuò)張的速度比之前任何人所想象的都要快，而這種驅(qū)使宇宙膨脹的未知力量是當(dāng)時(shí)任何物理理論都無(wú)法解釋的。

物理學(xué)家為了描述驅(qū)使宇宙膨脹的力量，創(chuàng)造了“暗能量”這個(gè)術(shù)語(yǔ)。但實(shí)際上，這個(gè)“高大上”的詞匯反而突出了物理學(xué)家在這方面的無(wú)力——這種力量到底是什么？它從哪里來？它又是如何讓宇宙膨脹的？

2000年，毫米波河外星系和地球物理學(xué)氣球巡天計(jì)劃（BOOMERanG Experiment）和毫米波各向異性實(shí)驗(yàn)成像陣列（MAXIMA）對(duì)大爆炸以來宇宙微波背景輻射的觀測(cè)已經(jīng)超越了合理的懷疑。觀測(cè)表明，這些“宇宙妊娠紋”是宇宙加速膨脹的有力證據(jù)。

過去十年的天文觀測(cè)強(qiáng)化了物質(zhì)（包括可見物質(zhì)和暗物質(zhì)）占宇宙30%的證據(jù)。里斯追蹤到了70億年前爆發(fā)的超新星，發(fā)現(xiàn)早期宇宙膨脹速度減緩是因?yàn)槲镔|(zhì)間的引力蓋過了暗能量向外推擠的力量。

隨著宇宙的膨脹，物質(zhì)逐漸在空間中鋪展開來，引力拖拽效應(yīng)變?nèi)趿?；?0億年前，引力和暗能量相互平衡，使宇宙在一段時(shí)間內(nèi)以一個(gè)穩(wěn)定的速率膨脹，既不加速也不減速。在這之后，不斷擴(kuò)張的宇宙中不再產(chǎn)生新的物質(zhì)，原本存在的物質(zhì)被進(jìn)一步“稀釋”。如此一來，宇宙中物質(zhì)的密度穩(wěn)中有降，導(dǎo)致宇宙膨脹的速度加快了。

暗能量的起源

盡管暗能量的理論得到了發(fā)展，但物理學(xué)家對(duì)于暗物質(zhì)起源的探尋仍然處于“黑暗時(shí)期”。在宇宙學(xué)家的一個(gè)模型中，暗能量是從在亞原子領(lǐng)域占支配地位的量子物理模糊定律中誕生的。量子力學(xué)看似離奇，因?yàn)樵谀阌^測(cè)某個(gè)粒子之前，粒子沒有任何確定的屬性；相反，同一個(gè)粒子可同時(shí)在不同位置存在。

這種與生俱來的善變性，意味著你永遠(yuǎn)無(wú)法確定某個(gè)粒子是否在那里，即使在所謂的真空中也存在著進(jìn)進(jìn)出出的粒子，它們轉(zhuǎn)瞬即逝。這些“虛空”粒子如攪拌中的泡沫，為宇宙空間增添了能量，盡管迄今為止按照量子物理所推算出的暗能量比我們實(shí)際觀測(cè)到的更多。

量子效應(yīng)能創(chuàng)造暗能量嗎？某種類似愛因斯坦宇宙常數(shù)的恒量是否能預(yù)測(cè)所有這樣的現(xiàn)象？“正因?yàn)槿绱?，宇宙學(xué)家開始努力尋找某種能夠解釋暗能量的常數(shù)，它和宇宙常數(shù)相似，但不是宇宙常數(shù)?！笔┟芴卣f。

另一個(gè)模型是精質(zhì)（quintessence）模型，描述的是早期宇宙中普遍存在一片隱匿的區(qū)域，之后在離我們較近的一段時(shí)間內(nèi)驅(qū)動(dòng)宇宙膨脹。精質(zhì)模型和量子力學(xué)模型相互沖突，因?yàn)樵诰|(zhì)模型中，暗能量的強(qiáng)度會(huì)因宇宙常數(shù)恒定不變而發(fā)生變化。

精質(zhì)只是宇宙常數(shù)的一個(gè)可能的替代物。還有另一種說法——我們的宇宙位于一個(gè)巨大的黑洞內(nèi)部，由超致密恒星在發(fā)生超新星爆發(fā)后留下的殘骸形成。宇宙學(xué)家斯蒂芬·亞歷山大的計(jì)算表明，中微子的亞原子微粒如果被引力擠壓到一起，即可形成一個(gè)宇宙尺度的“超流體”，產(chǎn)生反引力效應(yīng)，這正好符合暗能量的強(qiáng)度。

把中微子擠壓成超流體，需要超致密天體內(nèi)部產(chǎn)生的巨大壓力，也就是說，在這個(gè)模型中，我們的宇宙必須包含在像黑洞這樣的天體里。“這聽上去很瘋狂，但我認(rèn)為這是起碼應(yīng)該具備的條件。”亞歷山大說。

不斷突破的視野

面對(duì)這些理論和諸多競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，里斯陷入了困惑?！霸谶^去二十年間，絕望無(wú)時(shí)無(wú)刻不纏繞著我們。這是可以理解的，畢竟擺在我們面前的是一個(gè)艱巨的任務(wù)?！辈栺R特補(bǔ)充道：“過去12年間，平均每天都會(huì)出現(xiàn)大約1篇有關(guān)暗能量的論文?！?/STRONG>