2011年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)屬于索爾佩爾穆特,、布賴恩·P·施密特（已于2011年9月30日去世）和亞當(dāng)·G·里斯三位天體物理學(xué)家,。瑞典皇家科學(xué)院諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)委會(huì)物理學(xué)家?jiàn)W爾加·博特納稱：

在物質(zhì)主宰的宇宙中，人們?cè)Ｍf(wàn)有引力能逐漸讓宇宙膨脹的速度減慢,。所以可以想象,，如今的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者們?cè)?998年公布他們的研究結(jié)論，宇宙在加速膨脹而非減速時(shí),，是多么讓人吃驚,。通過(guò)對(duì)比不同距離的超新星視亮度，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)處的超新星視亮度比預(yù)期黯淡25%,，也就是比預(yù)期的距離更為遙遠(yuǎn),，這意味著宇宙膨脹正在加速。這一發(fā)現(xiàn)改變了我們對(duì)宇宙的理解,，它將是宇宙學(xué)的基礎(chǔ)和里程碑,。

蛋糕里的葡萄干：Ia型超新星

三位分享獎(jiǎng)項(xiàng)的獲得者實(shí)際分屬兩個(gè)不同且相互競(jìng)爭(zhēng)的團(tuán)隊(duì)。索爾佩爾穆特領(lǐng)導(dǎo)著的,，是1988年啟動(dòng)的“超新星宇宙學(xué)項(xiàng)目”（Supernova Cosmology Project）,。布萊恩施密特領(lǐng)導(dǎo)著另一個(gè)團(tuán)隊(duì)，即1994年啟動(dòng)的“高紅移超新星研究組”（High-z Supernova Search Team）,，亞當(dāng)里斯在這一團(tuán)隊(duì)中起到了至關(guān)重要的作用,。

這項(xiàng)研究的關(guān)鍵是發(fā)現(xiàn)超新星。國(guó)家天文臺(tái)研究員,、宇宙暗物質(zhì)暗能量組首席研究員陳學(xué)雷在給“科學(xué)松鼠會(huì)”撰寫的文章中介紹：

超新星的概念是1934年由茨維基和巴德提出的,。他們猜測(cè)當(dāng)一些恒星壽命結(jié)束時(shí)將會(huì)塌縮，然后發(fā)生爆炸,，其亮度可達(dá)到十億甚至百億個(gè)太陽(yáng)的亮度,，巴德和茨維基也觀測(cè)到了一些超新星。后來(lái)發(fā)現(xiàn),，其實(shí)有兩種不同的超新星,，一種是茨維基最早提出的核塌縮超新星，另一種其爆炸機(jī)理不同,，現(xiàn)在一般認(rèn)為是白矮星（質(zhì)量比較低的恒星比如太陽(yáng)在燃盡核燃料后就會(huì)變成白矮星）從其伴星中吸積物質(zhì),，到一定程度后發(fā)生核爆炸,。有趣的是，茨維基和巴德最早觀測(cè)到的超新星都是后面這種他們所未曾想到過(guò)的類型,，被稱為Ia型超新星,。由于超新星很亮，可以在宇宙中很遠(yuǎn)的地方看到,，因此可用來(lái)研究宇宙學(xué),。特別是，白矮星有一個(gè)質(zhì)量上限,，稱為錢德拉塞卡質(zhì)量,，大約是1.4個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，白矮星發(fā)生超新星爆炸時(shí)大多都比較接近這個(gè)質(zhì)量,。既然這時(shí)白矮星的質(zhì)量都差不多,，就有理由認(rèn)為，其爆炸時(shí)的亮度可能也差不多,。這樣,，Ia型超新星就有可能作為“標(biāo)準(zhǔn)燭光”來(lái)使用：假定所有超新星的“絕對(duì)亮度”也就是本身的亮度相等，那么根據(jù)觀測(cè)到的一顆Ia超新星的視亮度,，就可以推測(cè)它到我們的距離,。

兩個(gè)研究團(tuán)隊(duì)正是通過(guò)尋找遙遠(yuǎn)空間中爆發(fā)的超新星，從而展開競(jìng)賽,。通過(guò)確定這些超新星的距離和它們離我們而去的速度,，科學(xué)家希望能夠揭開宇宙的最終命運(yùn)?？茖W(xué)家們的初衷,，都是希望發(fā)現(xiàn)宇宙膨脹正在減速的證據(jù)，但結(jié)果完全相反,。

如果用更為形象簡(jiǎn)單的比喻來(lái)理解這一研究發(fā)現(xiàn),，可以將宇宙想象成一個(gè)放進(jìn)烤箱的蛋糕，而超新星們則為蛋糕內(nèi)不同位置的葡萄干,。隨著蛋糕烘焙而逐漸膨脹,，葡萄干之間的距離開始逐漸擴(kuò)大，若它們之間的距離大于預(yù)期距離,，則可理解為蛋糕正在加速膨脹,。

在此之前，兩個(gè)團(tuán)隊(duì)曾不謀而合地認(rèn)為,，自己的發(fā)現(xiàn)是錯(cuò)誤的?！拔覀儙缀踅?jīng)歷了數(shù)個(gè)月的掙扎,，才開始真正相信自己的研究結(jié)果。” 索爾·佩爾穆特在獲獎(jiǎng)后向媒體透露,，“而且當(dāng)你把研究結(jié)果告訴別人時(shí),，你還得經(jīng)歷此生最長(zhǎng)的質(zhì)疑眼光”。

1998年1月,，兩個(gè)小組幾乎同時(shí)公布了自己的觀測(cè)結(jié)果,，“超新星宇宙學(xué)項(xiàng)目”組有42顆超新星數(shù)據(jù)，“高紅移超新星研究組”雖然只有16顆超新星數(shù)據(jù),，但每顆的誤差要小一些,。他們一致的結(jié)論是宇宙正在加速膨脹。這一結(jié)果當(dāng)即轟動(dòng)世界,。

當(dāng)然也不乏質(zhì)疑之聲,。因?yàn)槿藗儼l(fā)現(xiàn)Ia型超新星彼此并非完全相同，有些光度的變化速度更快一些,，有些則更慢一些,。也就是說(shuō)，這些被當(dāng)作標(biāo)尺的“尺子”本身并不標(biāo)準(zhǔn),。不過(guò),，2003年《自然》雜志的一則新聞報(bào)道解釋了這一發(fā)現(xiàn)，后有其他研究者跟進(jìn),，并提供了更多的觀測(cè)數(shù)據(jù),，繼續(xù)支撐用Ia型超新星做標(biāo)尺的理論。

愛(ài)因斯坦的遠(yuǎn)見(jiàn)

科學(xué)家永遠(yuǎn)站在巨人肩膀之上,。

20世紀(jì)初,，美國(guó)天文學(xué)家漢麗埃塔斯萬(wàn)勒維特發(fā)現(xiàn)了一種測(cè)量遙遠(yuǎn)恒星距離的方法。當(dāng)時(shí),，女性天文學(xué)家沒(méi)有接觸大型望遠(yuǎn)鏡的資格,，但她們被天文臺(tái)雇傭，從事分析照相底板的繁重工作,。勒維特研究了上千顆被稱為造父變星（Cepheid）的脈動(dòng)變星,，發(fā)現(xiàn)越明亮的造父變星，其脈動(dòng)的周期也越長(zhǎng),。利用這樣的信息,，勒維特能夠計(jì)算出造父變星自身的亮度。只要有一顆造父變星的距離是已知的,，其他造父變星的距離就可以推算出來(lái)—恒星的光顯得越暗,，它的距離就越遠(yuǎn)。這就是宇宙學(xué)中“標(biāo)準(zhǔn)燭光”的誕生,。直到2011年,，三位獲得諾貝爾獎(jiǎng)的物理學(xué)們使用的,，也是同原理的方法。

20世紀(jì)20年代,，當(dāng)時(shí)世界上最大的望遠(yuǎn)鏡（位于美國(guó)加利福尼亞威爾遜山上）投入使用,，這讓天文學(xué)家能夠證明，幾乎所有的星系都在遠(yuǎn)離我們而去,。他們研究的是一種叫做“紅移”（redshift）的現(xiàn)象,，這一現(xiàn)象當(dāng)光源遠(yuǎn)離我們而去時(shí)就會(huì)出現(xiàn)。光的波長(zhǎng)會(huì)被拉長(zhǎng),，而波長(zhǎng)越長(zhǎng),，它的顏色就越紅。天文學(xué)家得出的結(jié)論是,，星系不僅在離我們而去,，彼此之間也在相互遠(yuǎn)離，而且距離越遠(yuǎn),，它們彼此逃離的速度就越快—這被稱為哈勃定律（Hubble’s law）,，這一定律說(shuō)明：宇宙正在膨脹。

實(shí)際上,，在理論計(jì)算中,，宇宙膨脹已經(jīng)被人提出過(guò)了—不是別人，正是現(xiàn)代物理學(xué)的奠基人物愛(ài)因斯坦,。1915年,，愛(ài)因斯坦發(fā)表了他的廣義相對(duì)論，按照該理論,，宇宙只能收縮或者膨脹,，不可能穩(wěn)定不變。

這個(gè)結(jié)論的提出比天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)星系遠(yuǎn)離早了差不多10年,，但愛(ài)因斯坦無(wú)法忍受宇宙不可能穩(wěn)定不變這一事實(shí),。為了消滅他不想要的宇宙膨脹，愛(ài)因斯坦在他的方程里加了一個(gè)常數(shù),，他稱之為“宇宙學(xué)常數(shù)” （cosmological constant）,。當(dāng)年愛(ài)因斯坦加入宇宙學(xué)常數(shù)的目的，是為了引入一種能夠與物質(zhì)之間的引力相抗衡的斥力,，從而創(chuàng)造出一個(gè)靜態(tài)的宇宙,。后來(lái)，哈勃定律的發(fā)現(xiàn)讓愛(ài)因斯坦認(rèn)為,，加上這個(gè)宇宙學(xué)常數(shù)是一個(gè)大錯(cuò)誤,，于是便將其刪除。

究竟是什么在加速宇宙膨脹,？目前主流的解釋引入了“暗能量”的概念,。暗能量(dark energy)一詞是美國(guó)宇宙學(xué)家M邁克特納引入的,。它實(shí)際上也是物質(zhì)的一種形式,，與暗物質(zhì)一樣不可見(jiàn),，可以理解成是與萬(wàn)有引力相對(duì)的“斥力”，從而導(dǎo)致宇宙加速膨脹,。

根據(jù)現(xiàn)有理論預(yù)測(cè)表明,，宇宙中75%左右的物質(zhì)是暗能量，此外還有21%左右是不發(fā)光的暗物質(zhì),，而我們熟悉的普通物質(zhì)僅占4%多一點(diǎn),。也就是說(shuō)，本屆諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的獲得者們,，向人類揭露了一個(gè)近96%的成分仍然未知的宇宙,。

冰與火之歌

根據(jù)普林斯頓大學(xué)物理學(xué)教授保羅斯坦哈特解釋，根據(jù)“宇宙加速膨脹”理論,，一億萬(wàn)年之后,，宇宙的規(guī)模將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于當(dāng)下，且星系間的距離更加遙遠(yuǎn),。逐漸增大的膨脹速度將會(huì)導(dǎo)致我們無(wú)法再看到其他星星發(fā)出的光芒,。這就好像人口密集的城市忽然變成了沙漠，而人們散落于無(wú)邊無(wú)際的沙漠之中,，再也無(wú)法看到對(duì)方一樣,。另一方面，加速膨脹將意味著宇宙毀滅于冰,，持這種觀點(diǎn)的是諾貝爾物理學(xué)委員會(huì)秘書拉爾斯伯格斯特龍,，他的觀點(diǎn)為大部分國(guó)外媒體引用。

其他觀點(diǎn)同時(shí)存在,。有人認(rèn)為,，如果承認(rèn)暗能量的存在，那么宇宙在遙遠(yuǎn)的未來(lái)不會(huì)塌縮也不存在終結(jié),，會(huì)一直膨脹,、存在下去，溫度極低,，物質(zhì)稀薄,。還有一種較為“激進(jìn)”的看法則認(rèn)為，隨著宇宙的膨脹,，暗能量將越來(lái)越多,。由于暗能量產(chǎn)生的強(qiáng)大“斥力”，宇宙最終將經(jīng)歷一場(chǎng)極為慘烈的“大撕裂”,，屆時(shí)所有的天體包括地球在內(nèi)都將不復(fù)存在,，甚至連原子與原子核也都被撕裂,。

對(duì)于普通人而言，宇宙將往何處去倒更像一個(gè)哲學(xué)問(wèn)題,。此時(shí),，也許重溫美國(guó)著名詩(shī)人羅伯特弗羅斯特的詩(shī)句會(huì)更為震撼：

有人說(shuō)世界將毀滅于火，有人說(shuō)毀滅于冰,。根據(jù)我對(duì)于欲望的體驗(yàn),，我同意毀滅于火的觀點(diǎn)。但如果它必須毀滅兩次．則我想我對(duì)于恨有足夠的認(rèn)識(shí)可以說(shuō)在破壞一方面,，冰也同樣偉大,，且能夠勝任。