施密特任職于堪培拉的澳大利亞國立大學(xué),，一直在嘗試精確測定超新星的位置,。超新星是正在爆炸的恒星，在巔峰時,，亮度足以令50億個太陽黯然失色,。這些明亮的天體可以作為遍布天空的燈塔，幫助天文學(xué)家深入空間,，計算宇宙的大小,、形狀及質(zhì)量。

由于施密特的大部分同事都分散在全球,，比如歐洲,、南美和美國，這個團隊已經(jīng)發(fā)展出了一套24小時接力的方法,，來分析他們的望遠鏡數(shù)據(jù)：東半球的施密特會工作一整天,，然后通過電子郵件把接力棒發(fā)送給當(dāng)時人在美國加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的同事亞當(dāng)·里斯（Adam Riess），他會在西半球的白天繼續(xù)研究,。

布賴恩·施密特,，因為發(fā)現(xiàn)宇宙加速膨脹，在2011年分享了諾貝爾物理學(xué)獎,。圖片來源：monash.edu

回到1997年的那個早晨,，施密特收到了里斯發(fā)來的一張圖，繪制出了對超新星距離的最新估算——但結(jié)果跟他預(yù)料的完全不同,?！拔乙谎劬湍芸闯霭l(fā)生了什么事情，”施密特說,，“我記得當(dāng)時在想,，‘哎呀，亞當(dāng),！哎呀,，亞當(dāng),！你都干了些什么,？！’”

施密特不敢相信這個結(jié)果,，這是可以原諒的,。他以為自己會看到一條向上彎曲的對角線，從圖的左下角蜿蜒到右上角,。實際結(jié)果卻剛好相反：這條線調(diào)頭向下,，像受到驚嚇的小狗的尾巴。這條出乎意料的曲線令施密特愁眉不展,，因為它意味著,，天文學(xué)家可能不得不重新思考宇宙的運轉(zhuǎn)方式,。

當(dāng)時，施密特認(rèn)為,，他對宇宙的演化已經(jīng)了解得相當(dāng)透徹了：宇宙始于一個微小的火球——大爆炸,，之后便向外膨脹，帶著后來在其中形成的星系和超新星一起向外膨脹,。然而,，這些天體會施加引力，把彼此拉回來,，就像太陽吸引著地球一樣,。據(jù)當(dāng)時的施密特所知，這些物理定律一直掌控著宇宙的膨脹,；沒錯,，宇宙確實在膨脹，但引力一直在放慢宇宙膨脹的速度,。

然而,，里斯的結(jié)果表明，事情不是這樣子的,。超新星到地球的距離看上去比任何人預(yù)期的都更遠,，這一點很奇怪，意味著宇宙整體上要比天文學(xué)家之前預(yù)料的更大,，就好像引力不知道為什么被抵制了一樣,。

最好的解釋是：宇宙的膨脹必然在加速——但這看起來不合常理。施密特當(dāng)時的第一反應(yīng)是,，這個結(jié)論“荒謬可笑”,。從來沒有人觀察到一種能像這樣驅(qū)動加速的力量。他把這個發(fā)現(xiàn)視為一個錯誤,。

然而,，幾個月過去了，這個令人頭痛的結(jié)果依然堅挺,。不僅如此,，一個與他們完全獨立、由美國勞倫斯伯克利國家實驗室的索爾·珀爾馬特（Saul Perlmutter）領(lǐng)導(dǎo)的團隊,，也得到了同樣的結(jié)果,。2011年，施密特,、里斯和珀爾馬特因為做出了揭示宇宙正在加速膨脹的突破性觀測,，共同分享了諾貝爾物理學(xué)獎。然而，盡管對這個結(jié)果已經(jīng)反復(fù)琢磨了十多年,，宇宙學(xué)家仍在苦苦求索,，試圖理解這件事到底是怎么發(fā)生的。

這一發(fā)現(xiàn)讓物理學(xué)家深感挫敗,，他們把導(dǎo)致這一現(xiàn)象的根源,，命名為“暗能量”。他們多少有點兒異想天開,，把加速膨脹歸因于這種未知能量,，認(rèn)為它能夠詭異地推開空間，對抗向內(nèi)拉的引力,。如果是暗能量推動著宇宙在疾速膨脹,，宇宙本身有一天可能會在“大撕裂”中被扯碎。隱藏在這種反引力效應(yīng)背后的深層奧秘,，或許是現(xiàn)代物理學(xué)中最大的難題,。對于暗能量來自何處、如何發(fā)揮作用,，或者是否真的存在,，物理學(xué)家都還沒有得出一致的觀點。

膨脹的證據(jù)

宇宙膨脹的首批線索,，可以追溯到近一個世紀(jì)以前,。在那之前，物理學(xué)家仍珍視艾薩克·牛頓再往前200多年所奠定的宇宙圖像,。在牛頓的宇宙中,，空間和時間一成不變，可以被剛性的尺子和時鐘精確地測量,。根據(jù)牛頓的理論,，引力是一種力，能在真空中傳播,，通過看不見連線將天體拉到一起,。

挑戰(zhàn)這一觀點的，是阿爾伯特·愛因斯坦,。他在1915年提出了另一種引力理論——廣義相對論,。在他的理論框架中，三維空間和時間交織在一起,，形成了一個四維的結(jié)構(gòu),。由于會在大質(zhì)量物體（比如恒星）周圍發(fā)生彎曲,，這種時空結(jié)構(gòu)便起到了引力源的效果,。較小的天體（比如行星）會滾到時空的這些低洼處，就好像被一種力拉扯到了較重的物體旁邊。

起初,，愛因斯坦設(shè)想宇宙應(yīng)該是球形的,，而且是靜態(tài)的——既不膨脹也不收縮。然而,，出乎他意料的是,，廣義相對論方程得出了一個不穩(wěn)定的宇宙：在輻射（即光）和物質(zhì)的微妙平衡下，任何細微的變化都會讓宇宙要么向外膨脹,，要么向內(nèi)收縮,。愛因斯坦決心要將他的宇宙維持在靜態(tài)，于是引入了一個額外的維穩(wěn)因子,，被稱為“宇宙學(xué)常數(shù)”,。它能夠提供向外的推力，抵消引力作用下宇宙收縮的趨勢,。這個宇宙學(xué)常數(shù),，多少有點蓄意捏造的意味，完全是為了維持一個靜態(tài)的宇宙,。

但靜態(tài)宇宙是錯的,。

我們所處的宇宙百億年來所經(jīng)歷的膨脹歷史。圖片來源：《發(fā)現(xiàn)》雜志

到20世紀(jì)30年代,，美國天文學(xué)家維斯托·梅爾文·斯里弗（Vesto Melvin Slipher）和埃德溫·哈勃（Edwin Hubble）測出遙遠星系的運動,，讓每個人——甚至包括愛因斯坦——都信服宇宙正在膨脹。斯里弗和哈勃打開了一扇通往宇宙的新窗口,，天文學(xué)家至今仍在通過它窺望宇宙,。

這一關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)的基石，是多普勒效應(yīng),。同樣的現(xiàn)象使得警車從后面超車經(jīng)過你時,，你聽到的警笛聲的聲調(diào)會有所變化。聲和光都由波構(gòu)成,，你聽到的聲調(diào)或看到的顏色,，都由波長決定。而波長,，則是相繼抵達你的兩個波峰之間的距離,。

19世紀(jì)的奧地利物理學(xué)家克里斯蒂安·多普勒（Christian Doppler）意識到，如果波源相對于你在運動,，你測量到的波長就會發(fā)生變化,。遠離你的源發(fā)出的波在抵達你時會被拉長——這會降低聲音的聲調(diào)，讓光波的顏色向波長更長的紅端移動,。朝向你運動的源發(fā)出的波則會被擠壓——聲音的聲調(diào)會變高,，光看上去則會偏藍。

1912年，斯里弗發(fā)現(xiàn),，他能夠看到的所有星系發(fā)出的光,，都比預(yù)期的更紅——這表明光的波長被拉長了,。這種“紅移”意味著,，那些星系正在遠離地球，紅移的幅度則揭示了它們的速度,。

施密特指出,，計算一個星系距離我們有多遠,，是一件很困難的事情，因為“你不可能在它和我們之間拉一條皮尺”,。哈勃作了一個合理假設(shè),，認(rèn)為每個星系中最亮恒星的光度都一樣，就好像瓦數(shù)相同的燈泡——于是,，它們看上去越暗的話,，距離我們就越遠。

這是一個粗糙的假設(shè),，因為不是所有恒星都具有相同光度,，但它還可以湊合用。哈勃發(fā)現(xiàn),，星系距離我們越遙遠,，它們發(fā)出的光就越紅——換句話說，它們飛馳而去的速度就越快,。1929年,，他高調(diào)宣布，這證明宇宙正在膨脹,。

“如果拿一個氣球,，在上面畫上小星星，你會看到相同的情形,，”施密特解釋說,，“吹脹這個氣球，每顆星星都會相互遠離——而且距離越遠,，分開的速度就越快,。”哈勃發(fā)現(xiàn)的正是同樣的情景：宇宙最初始于某種致密狀態(tài),，現(xiàn)在則像一個充氣的氣球那樣,，在向外膨脹。

點亮宇宙燭光

我見過施密特本人,，那是在他鮮有的訪問英國之際,，當(dāng)時他當(dāng)選為世界上最古老的科學(xué)院——英國倫敦皇家學(xué)會的會員,。他看起來驚人的年輕——金發(fā)，藍眼,，圓臉,，幾乎長著一張娃娃臉,。相比之下,，大多數(shù)諾貝爾獎得主都是在職業(yè)生涯末期才得獎的，這使得他們有足夠工時間來積聚他們研究工作的影響力,。但施密特只有46歲,，里斯還要再年輕一點，珀爾馬特則年長幾歲,。在做出發(fā)現(xiàn)后不久即受到嘉獎,，正說明了他們的同行對此的高度認(rèn)同。

施密特對夜空的迷戀始于高中,，當(dāng)時他家搬到了阿拉斯加——用他的話來說,，在那里玩天文是一個挑戰(zhàn)，因為“夏天的天從來不黑,，冬天則比地獄還要冷”,。但阿拉斯加有極光，這是帶電粒子在高緯度地區(qū)轟擊大氣所產(chǎn)生的天然彩色光芒,。

施密特的想象力被點燃了,，他把觀星與他童年的另一項愛好——計算——結(jié)合了起來。1981年,，他的父親,，一位生物學(xué)家，買了一臺首款I(lǐng)BM個人電腦,，14歲的施密特花了兩年時間編程,，來計算什么時候會發(fā)生日食。

幾年后,，他的計算機編程技能很快就派上了用場,。在美國亞利桑那大學(xué)讀本科時，他編寫軟件來篩查望遠鏡拍攝到的無數(shù)天體光點,，從中尋找超新星的蹤跡,。超新星要比普通恒星更亮，但它們的亮度只能持續(xù)幾周時間,。

當(dāng)時,，天文學(xué)家仍在苦苦測定宇宙的膨脹速率，施密特旨在發(fā)現(xiàn)超新星的學(xué)生項目是其中的一個關(guān)鍵,。由于哈勃的假設(shè)（即每顆恒星都有相同光度）并不嚴(yán)格,，因此為了確定宇宙膨脹的速度,，天文學(xué)家需要更可靠的宇宙燭光——也就是那些他們能夠確信無論距離地球多遠都具有相同光度的天體。

于是,，他們轉(zhuǎn)而求助于一類超新星,，一類由質(zhì)量類似于我們太陽的恒星在死亡之后所產(chǎn)生的超新星。在這類恒星的一生中,，它們會燃燒氫和氦,，由此產(chǎn)生能量，以抵御引力導(dǎo)致的向內(nèi)坍縮,。然而,，一旦這些燃料耗盡，剩余的物質(zhì)就會坍縮到這顆恒星的中心,，形成一顆白矮星,。

這些天體極為致密，一茶匙的白矮星物質(zhì)就重達幾噸,。它們強大的引力,，能夠剝離近鄰恒星的外層物質(zhì)，并拖拽到自己身上,。當(dāng)一顆白矮星的質(zhì)量達到臨界值,，即太陽質(zhì)量的1.38倍時，它就會爆炸開來,，像一顆巨大的熱核炸彈,。這類超新星，被稱為Ia型超新星,。

關(guān)鍵在于,，這類Ia型超新星在引爆時都具有相同的質(zhì)量，它們相似的爆炸亮度可以用來指引天文學(xué)家,。只要測出這些爆炸看上去有多亮,，天文學(xué)家就可以估算出超新星到地球的距離。另外,，又因為光波在不斷膨脹的空間中穿行時會被拉長,，這類超新星的紅移量讓天文學(xué)家能夠直接測量宇宙的膨脹。

1989年,，當(dāng)時仍在哈佛大學(xué)攻讀博士學(xué)位的施密特,，使用超新星距離標(biāo)尺算出了宇宙現(xiàn)在的膨脹速度。也正是在那里,，他遇到了比他低3級,，同在導(dǎo)師羅伯特·基什內(nèi)爾（Robert Kirshner）門下攻讀研究生的亞當(dāng)·里斯。

亞當(dāng)·里斯,，因為發(fā)現(xiàn)宇宙加速膨脹,，在2011年分享了諾貝爾物理學(xué)獎,。圖片來源：drewmagazine.com

里斯也是從年少時起便迷上了科學(xué)。令他的父母相當(dāng)懊惱的是,，里斯對可怕的實驗情有獨鐘：6 歲時,，他把蠕蟲一切為二，想看看它們還能不能繼續(xù)蠕動,。（答案是：確實可以,。）后來，他對電產(chǎn)生了興趣,，把一片金屬插進了自家插座的兩個開口當(dāng)中,?！拔覠龤Я宋覀兗业碾娐?，但也就此了解了什么叫短路，”他笑著說,。

用Ia型超新星來追蹤宇宙更早以前膨脹速度的想法,，來自施密特和里斯的熟人，也就是很快會成為他們競爭對手的索爾·珀爾馬特,。珀爾馬特當(dāng)時已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了7顆Ia型超新星,，比此前人們發(fā)現(xiàn)過的任何Ia型超新星都要遠上10倍。由于遙遠天體發(fā)出的光到達地球需要時間,，你看向宇宙空間的更深處,，能夠看到的宇宙歷史就更久遠。

測定這些極遙遠超新星的距離,，就可以揭示宇宙在過去膨脹的速度有多快,。“如果宇宙一直在快速膨脹,，遙遠超新星的紅移就會比鄰近的超新星更加顯著,。而在另一方面，如果宇宙一直在緩慢膨脹,，遙遠超新星的紅移就不會那么明顯,。”比對一下非常古老的超新星和鄰近超新星的紅移,，就有可能告訴我們宇宙膨脹的速率有沒有在改變,。珀爾馬特回憶說：“就是這么簡單的一個測量，我很驚訝大家之前都沒有這么做過,?！?/p>

刀口上的宇宙

珀爾馬特的動力，源自他想要了解宇宙最終命運的渴望,。幾十年前,，宇宙學(xué)家根據(jù)愛因斯坦的方程推斷,，宇宙的命運存在3種可能，具體命歸哪一種,，則取決于宇宙中包含多少物質(zhì),，比如星系，比如恒星,，比如人,。如果可見宇宙中的物質(zhì)密度足夠大，宇宙膨脹不僅會減速,，最終還會在引力作用下轉(zhuǎn)向,，把可見宇宙壓進一個無窮小的點——這種結(jié)局被稱為大擠壓（Big Crunch）。

相反,，如果宇宙包含的物質(zhì)小于這個臨界值,，膨脹速度雖然會放緩，但永遠不會停止,；更具戲劇性的是,，加速膨脹最終可能會把宇宙撕碎，被稱為大撕裂（Big Rip）,。第3種可能是,，宇宙位于上述兩種情況之間臨界的刀口上，處于一個永久的穩(wěn)定狀態(tài),。

這些深層次的哲學(xué)問題,，使得珀爾馬特把天文學(xué)擺在了首位。他說：“還是個孩子時,，我就想知道宇宙是怎么運轉(zhuǎn)的,。”天文學(xué)可以通過實驗來尋找答案,?！坝钪嬖跁r間和空間上是否永生，還是說最終它也會終結(jié),？這是每一個小學(xué)生都會問的一個問題,。”這些問題大概可以回答,，因為宇宙膨脹的歷史能夠通過實驗來測定,。

索爾·珀爾馬特，因為發(fā)現(xiàn)宇宙加速膨脹,，在2011年分享了諾貝爾物理學(xué)獎,。圖片來源：bloomberg.com

美國麻省理工學(xué)院的阿蘭·古斯（Alan Guth）和當(dāng)時任職于俄羅斯列別杰夫物理研究所的安德烈·林德（Andrei Linde），是率先嘗試解決這個問題的宇宙學(xué)家,。在思索其他天文謎題的同時,，他們各自獨立得出了同一個令人煩躁的預(yù)言：宇宙正好平衡于臨界密度這個刀口之上,。

確切地說，宇宙學(xué)家一直在苦苦解釋這樣一個問題：為什么宇宙看起來總是驚人相似,，不管他們用望遠鏡對準(zhǔn)什么方向,，也不管他們能夠看到多遠。這個問題是天文學(xué)家測量了宇宙微波背景（也就是大爆炸遺留下來的輻射余輝）之后才浮出水面的,，因為他們發(fā)現(xiàn)背景輻射的溫度在整個天空中僅有細微的起伏,。

天空中相對的兩點，比如正北方地平線和正南方地平線上140億光年以外的地方,，是我們能夠看到的相距最遠的兩個地方,。然而，它們的背景溫度相差只有萬分之一,。問題在于,，為什么天空中相距280億光年的兩個地方，本質(zhì)上的溫度卻一模一樣,？

古斯和林德的回答很優(yōu)雅：我們的宇宙經(jīng)歷過一個令人難以置信的快速成長過程,，被稱為暴脹（inflation）——大爆炸后僅10^-30秒,，它便推動著嬰兒宇宙超光速膨脹,。果真如此的話，在暴脹發(fā)生之前,，宇宙中相鄰的兩個地點就會靠得足夠近,，有足夠的時間來平攤它們的溫度。接著,，暴脹會抓住這兩個幾乎一模一樣的區(qū)域,，把它們推送到天空的兩端，就此解決了宇宙在各個方向上看上去都一樣的謎題,。

關(guān)鍵在于,，數(shù)學(xué)計算表明，將宇宙中的溫度起伏抹平的過程,，也會讓宇宙處于臨界密度——微妙地平衡在永遠膨脹和最終坍縮兩種命運之間,。但迄今為止，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)最多只占到臨界密度的30%,。這意味著,，宇宙中仍有70%的東西在跟天文學(xué)家玩捉迷藏。

里斯想成為找到它們的那個人,。

搜尋暗物質(zhì)

可見宇宙中有大約70%的物質(zhì)不知去向,，看起來像是出了某種重大疏漏，但天文學(xué)家意識到,，這只是因為望遠鏡無法看見必定潛伏在空間中的全部物體,。宇宙中存在大量不可見的物質(zhì),，天文學(xué)家很早之前就獲得了支持這一觀點的首批證據(jù)，因為他們發(fā)現(xiàn)大量星系的外圍部分旋轉(zhuǎn)速度快得莫名其妙,。

那些外圍的恒星似乎被強勁的引力所拉扯,，強度遠遠超過可見恒星施加引力的總合。最合理的解釋是,，這些星系中包含一些物質(zhì),，無法被常規(guī)手段探測到，卻可能施加引力作用——他們稱之為“暗物質(zhì)”,。

里斯想知道,，宇宙中是不是有足夠多的暗物質(zhì)，能夠構(gòu)成宇宙學(xué)家預(yù)言的缺失的那70%,。他當(dāng)時認(rèn)為,，測量出宇宙膨脹正在減慢的速率，他就能夠證明這一點,。如果宇宙膨脹正在顯著放緩,，那就可以合理得得出結(jié)論，宇宙中存在尚未得到解釋的引力正在把它往回拉,，大量的暗物質(zhì)正是這些引力的源頭,。反過來，暗物質(zhì)究竟有多少,，又決定了宇宙是會永遠膨脹下去,，還是會最終擠壓成一點。

這是一場測量宇宙膨脹速率的競賽,，兩個團隊都要進行長期而艱難的望遠鏡觀測和數(shù)據(jù)分析,。1997年初，珀爾馬特看到了第一條異樣的線索,。通過亮度測量,，他發(fā)現(xiàn)，特定紅移的超新星距離地球要比之前任何人設(shè)想的都更加遙遠得多,。如果正確的話,，這一發(fā)現(xiàn)的寓意令人震驚：和宇宙學(xué)家所預(yù)言的宇宙膨脹正在減慢相反，宇宙的膨脹其實正在加速,。但在公布這一結(jié)果之前,，珀爾馬特還必須一而再、再而三的檢驗這一發(fā)現(xiàn),。

就像吹脹的氣球一樣,，宇宙中幾乎所有的星系都在隨著空間的膨脹而相互遠離。圖片來源：《發(fā)現(xiàn)》雜志

與此同時，里斯開發(fā)了一個計算機程序用來計算宇宙的密度,，他也得到了同樣奇怪的結(jié)果,。他的程序非但沒有指出宇宙中物質(zhì)所占比例大約是30%，反而像是在嘲弄他一樣,，得出了一個看起來毫無意義的結(jié)果——負(fù)30％,。這個數(shù)字在物理上看來完全解釋不通。

起初里斯認(rèn)為他的程序出錯了,。但最終他意識到,，可能還有一種解釋，一個直到當(dāng)時還完全沒被人意識到的解釋：或許暗物質(zhì)不是唯一會通過施加引力或者斥力,，對宇宙的總密度做出貢獻的“東西”,。或許,，還有其他的東西潛伏在宇宙中,。

你有新郵件

就是在此時，里斯把關(guān)鍵的這張圖通過電子郵件發(fā)給了澳大利亞的施密特,。他相信,，這表明宇宙不僅在膨脹，而且膨脹速率還隨著時間變得越來越快——但這樣的想法,，他沒敢告訴施密特,。有了這些離奇的結(jié)果在手，里斯和施密特現(xiàn)在站在了懸崖邊上,，他們不得不全面徹底地重新審視他們得到的結(jié)果,。

不過，那個時間對于里斯來說,，實在不能再糟糕了——再過幾個星期，他就要結(jié)婚了,，但是在跟他的未婚妻作最后的安排時,，他還窩在實驗室里?！笆フQ假期來了,，我還在工作，”里斯笑著說,。

到1998年1月初,，施密特和里斯達成了一致，認(rèn)為這一結(jié)果是真實的,，并且告訴了他們的團隊,。這也讓里斯能夠稍事休息，結(jié)了個婚，度了個蜜月,。

終于到了向全世界公布這一結(jié)果的時刻,。在1998年1月底召開的美國天文學(xué)會會議上，珀爾馬特的團隊公開了表明宇宙加速膨脹的數(shù)據(jù),，施密特的同事立刻意識到,，這與他們得到的結(jié)果相符。兩個團隊現(xiàn)在能夠相互印證了,。宇宙正以超過所有人想象的速度在向外膨脹,，推動宇宙這么做的，是一種時至今日仍無法被任何物理學(xué)理論解釋的未知力量,。

人們開始用“暗能量”這個術(shù)語來描述驅(qū)動宇宙加速膨脹的機制,。但事實上，它只不過是個標(biāo)簽,，彰顯的卻是物理學(xué)家的全然無知——它是什么,，從哪里來，為什么會表現(xiàn)出這樣的行為,，全部都一無所知,。

到了2000年，得益于天文學(xué)家對源自宇宙大爆炸的微波背景輻射的測量,，這一觀測結(jié)果得到了證實,。飛鏢球載望遠鏡實驗（BOOMERanG）和毫米波各向異性實驗成像陣列 （MAXIMA）的測量結(jié)果顯示，宇宙的膨脹速度確實在不斷加快,。

過去10年中,，每一項天文觀測都越來越清晰地表明，宇宙是由30％的物質(zhì)（包括可見物質(zhì)和暗物質(zhì)）以及70％的暗能量構(gòu)成的,。里斯后來對超過70億年前的古老超新星展開的搜尋,，則填補了空白：宇宙的膨脹一開始是減速的，因為向內(nèi)的物質(zhì)引力原本強過暗能量相對緩和的向外的斥力,。

隨著宇宙的膨脹,，物質(zhì)逐漸四散，它們間的引力也隨之減弱,。大約50億年前,，引力與暗能量達到了平衡，使得宇宙膨脹的速率在一段時間里保持穩(wěn)定,，既不加速,，也不放緩。在此之后,，由于宇宙繼續(xù)膨脹,，卻沒有新的物質(zhì)在其中創(chuàng)生,，物質(zhì)被進一步稀釋，散布到了不斷增大的空間之間,。隨著宇宙中物質(zhì)密度的穩(wěn)步下降,，宇宙的膨脹開始加速。

宇宙的3種主要構(gòu)成成分,，暗能量所占比例超過70%,。圖片來源：《發(fā)現(xiàn)》雜志

暗能量的起源

盡管有了這些認(rèn)識，物理學(xué)家對暗能量的起源仍一無所知,。宇宙學(xué)家在一個模型中提出,，暗能量起源于量子物理的模糊定律。量子物理支配著亞原子世界,。量子力學(xué)以詭異而著稱,，因為它聲稱，在你看到一個粒子之前,，它不具有任何屬性,；相反，它同時存在于多個地方,。

這一內(nèi)在的反復(fù)無常意味著,，你永遠不能肯定地說，這里沒有粒子,；就連假想的真空也會充滿了瞬間冒出來又稍縱即逝的粒子,。這些翻騰著的“虛??”粒子泡沫會增加真空本身的能量，不過迄今為止,，理論預(yù)言的能量要比我們實際看到的暗能量超出太多太多,。

量子效應(yīng)能不能創(chuàng)造出暗能量？類似于愛因斯坦宇宙學(xué)常數(shù)的某種東西,，能夠預(yù)言全部現(xiàn)象嗎,？“正因為如此，宇宙學(xué)家一直在努力嘗試,，要給暗能量尋找某種解釋,，”施密特說，“它看起來有點像宇宙學(xué)常數(shù),，但又不是宇宙學(xué)常數(shù)?！?/p>

另一種暗物質(zhì)模型稱為“第五元素”（又譯為“精質(zhì)”）,，認(rèn)為宇宙中彌漫著一種場，在宇宙初期的大部分時間里處于休眠狀態(tài),，后來才慢慢蘇醒,，直到最近才開始推動宇宙加速膨脹。這兩種模型有可能相互競爭，因為在“第五元素”模型中,，暗能量的強度可以發(fā)生變化,，而宇宙學(xué)常數(shù)（顧名思義）則始終如一。

珀爾馬特正與美國國家航空航天局聯(lián)手打造大視場紅外巡天望遠鏡（WFIRST）,，預(yù)計2020年之后發(fā)射升空,。有了這臺空間望遠鏡，珀爾馬特將研究從未被人研究過的更遙遠的超新星,，追溯宇宙更早期的膨脹歷史,，以此來幫助甄別不同的暗能量模型。通過回溯久遠的過去,，他應(yīng)該能夠區(qū)別暗能量是一直保持不變,，還是像“第五元素”預(yù)言的那樣會隨時間發(fā)生變化。

“第五元素”也只是宇宙學(xué)常數(shù)可能的代替品之一,。另一種解釋認(rèn)為,，我們的宇宙位于一個黑洞內(nèi)部。黑洞是某些超新星爆炸之后留下的一種超致密的恒星殘骸,。美國達特茅斯學(xué)院的宇宙學(xué)家斯蒂芬·亞歷山大（Stephon Alexander）所作的計算顯示,，在受到引力擠壓時，中微子可以形成跨越宇宙的超流體,，產(chǎn)生某種反引力效應(yīng),，強度與暗能量相當(dāng)。

它就是暗能量,？把中微子擠壓成超流體需要強大的壓強,，只能在超致密天體內(nèi)部才能達到——這意味著在這個模型中，我們的宇宙必須置身于某個類似于黑洞的東西內(nèi)部,。亞歷山大說：“這看起來很瘋狂,，但我認(rèn)為它是（所有暗能量模型中）最簡單的?！?/p>

尋求超越

面對這些理論以及它們許多的競爭對手,，里斯感到困惑?！斑^去10年來,，人們變得越來越絕望?？梢岳斫?，因為這確實是一個很難的問題，”珀爾馬特補充說,，“在過去的12年里,，幾乎每天都會有一位理論學(xué)家發(fā)表一篇關(guān)于暗能量的論文,。”

但是,，里斯不想甄別哪一個暗物質(zhì)理論更優(yōu)秀,，他計劃不帶偏見地搜尋證據(jù)。他說：“就像棒球裁判一樣,，我會保持公正,，以我所見來作出評判?！?/p>

除了在諸多可能的暗能量起源之中做出選擇以外,，天文觀測或許還能夠幫助珀爾馬特、施密特和里斯回答他們在1994年就為之著迷的那個問題：宇宙的最終命運是什么,？人們曾認(rèn)為,，宇宙的命運將由物質(zhì)密度來掌控，現(xiàn)在看來,，它要聽任暗能量的隨意擺布了,。

如果暗能量繼續(xù)保持目前這種不受抑制的狀態(tài)，一些理論認(rèn)為它可能會把宇宙帶向“大撕裂”,，撕碎恒星,、行星和原子。如果暗能量減小然后翻轉(zhuǎn)過來,，不再對抗引力,，而是協(xié)助引力一起向內(nèi)壓縮，那么大擠壓就會重新躍然紙上,，我們這個宇宙最終將被擠壓進無窮小的一點,。不過現(xiàn)在看來，這種情況似乎不太可能發(fā)生,。

“歐幾里德”將提供一個尋求終極答案的機會,。這是歐洲空間局設(shè)計用來研究宇宙黑暗面的一臺空間望遠鏡，計劃于2020年發(fā)射升空,。再過8到10年,，“歐幾里得”將開始產(chǎn)出數(shù)據(jù)，不過珀爾馬特警告說,，它或許不會給出我們預(yù)期的答案,。“如果說經(jīng)驗教會了我什么東西的話,，那就是觀測可能會把你引入完全超乎你想象的地方,。”

施密特指出,，17世紀(jì)的牛頓引力理論,，在經(jīng)過了漫長的等待之后，才升級成了愛因斯坦的廣義相對論,?！耙忉尀槭裁磿杏钪鎸W(xué)常數(shù)，我們需要另一個愛因斯坦——而且我們不知道這些真知灼見什么時候會出現(xiàn),，”他說,，“可能是明天，也可能還要再等上150年,?！?/p>

編譯自：《發(fā)現(xiàn)》雜志，What Does Dark Energy Mean for the Fate of the Universe?