Zeeya Merali

天文學(xué)家布賴恩·施密特（Brian Schmidt）還清楚地記得，他第一次意識(shí)到這一驚人發(fā)現(xiàn)時(shí)的情形。那是在1997年—那一刻，沒(méi)有興奮，只有惶恐。后來(lái)，這一發(fā)現(xiàn)讓他分享了2011年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

施密特任職于堪培拉的澳大利亞國(guó)立大學(xué)，一直在嘗試精確測(cè)定超新星的位置。超新星是正在爆炸的恒星，在巔峰時(shí)，亮度足以令50億個(gè)太陽(yáng)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(jì)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(guó)，這個(gè)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)發(fā)展出了一套24小時(shí)接力的方法，來(lái)分析他們的望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)：東半球的施密特會(huì)工作一整天，然后通過(guò)電子郵件把接力棒發(fā)送給當(dāng)時(shí)人在美國(guó)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(huì)在西半球的白天繼續(xù)研究。

回到1997年的那個(gè)早晨，施密特收到了里斯發(fā)來(lái)的一張圖，繪制出了對(duì)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(shuō)，“我記得當(dāng)時(shí)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(gè)結(jié)果，這是可以原諒的。他以為自己會(huì)看到一條向上彎曲的對(duì)角線，從圖的左下角蜿蜒到右上角。實(shí)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?yàn)樗馕吨?，天文學(xué)家可能不得不重新思考宇宙的運(yùn)轉(zhuǎn)方式。

當(dāng)時(shí)，施密特認(rèn)為，他對(duì)宇宙的演化已經(jīng)了解得相當(dāng)透徹了：宇宙始于一個(gè)微小的火球—大爆炸，之后便向外膨脹，帶著后來(lái)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(huì)施加引力，把彼此拉回來(lái)，就像太陽(yáng)吸引著地球一樣。據(jù)當(dāng)時(shí)的施密特所知，這些物理定律一直掌控著宇宙的膨脹；沒(méi)錯(cuò)，宇宙確實(shí)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(yuǎn)，這一點(diǎn)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(lái)不合常理。施密特當(dāng)時(shí)的第一反應(yīng)是，這個(gè)結(jié)論“荒謬可笑”。從來(lái)沒(méi)有人觀察到一種能像這樣驅(qū)動(dòng)加速的力量。他把這個(gè)發(fā)現(xiàn)視為一個(gè)錯(cuò)誤。

然而，幾個(gè)月過(guò)去了，這個(gè)令人頭痛的結(jié)果依然堅(jiān)挺。不僅如此，一個(gè)與他們完全獨(dú)立、由美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的索爾·珀?duì)栺R特（Saul Perlmutter）領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，也得到了同樣的結(jié)果。2011年，施密特、里斯和珀?duì)栺R特因?yàn)樽龀隽私沂居钪嬲诩铀倥蛎浀耐黄菩杂^測(cè)，共同分享了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。然而，盡管對(duì)這個(gè)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(diǎn)兒異想天開(kāi)，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(kāi)空間，對(duì)抗向內(nèi)拉的引力。如果是暗能量推動(dòng)著宇宙在疾速膨脹，宇宙本身有一天可能會(huì)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(duì)于暗能量來(lái)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(méi)有得出一致的觀點(diǎn)。

膨脹的證據(jù)

宇宙膨脹的首批線索，可以追溯到近一個(gè)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(shí)間一成不變，可以被剛性的尺子和時(shí)鐘精確地測(cè)量。根據(jù)牛頓的理論，引力是一種力，能在真空中傳播，通過(guò)看不見(jiàn)連線將天體拉到一起。

挑戰(zhàn)這一觀點(diǎn)的，是阿爾伯特·愛(ài)因斯坦。他在1915年提出了另一種引力理論—廣義相對(duì)論。在他的理論框架中，三維空間和時(shí)間交織在一起，形成了一個(gè)四維的結(jié)構(gòu)。由于會(huì)在大質(zhì)量物體（比如恒星）周圍發(fā)生彎曲，這種時(shí)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(huì)滾到時(shí)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(ài)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(duì)論方程得出了一個(gè)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(xì)微的變化都會(huì)讓宇宙要么向外膨脹，要么向內(nèi)收縮。愛(ài)因斯坦決心要將他的宇宙維持在靜態(tài)，于是引入了一個(gè)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(shì)。這個(gè)宇宙學(xué)常數(shù)，多少有點(diǎn)蓄意捏造的意味，完全是為了維持一個(gè)靜態(tài)的宇宙。

但靜態(tài)宇宙是錯(cuò)的。

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

到20世紀(jì)30年代，美國(guó)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(cè)出遙遠(yuǎn)星系的運(yùn)動(dòng)，讓每個(gè)人—甚至包括愛(ài)因斯坦—都信服宇宙正在膨脹。斯里弗和哈勃打開(kāi)了一扇通往宇宙的新窗口，天文學(xué)家至今仍在通過(guò)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(guò)你時(shí)，你聽(tīng)到的警笛聲的聲調(diào)會(huì)有所變化。聲和光都由波構(gòu)成，你聽(tīng)到的聲調(diào)或看到的顏色，都由波長(zhǎng)決定。而波長(zhǎng)，則是相繼抵達(dá)你的兩個(gè)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(shí)到，如果波源相對(duì)于你在運(yùn)動(dòng)，你測(cè)量到的波長(zhǎng)就會(huì)發(fā)生變化。遠(yuǎn)離你的源發(fā)出的波在抵達(dá)你時(shí)會(huì)被拉長(zhǎng)—這會(huì)降低聲音的聲調(diào)，讓光波的顏色向波長(zhǎng)更長(zhǎng)的紅端移動(dòng)。朝向你運(yùn)動(dòng)的源發(fā)出的波則會(huì)被擠壓—聲音的聲調(diào)會(huì)變高，光看上去則會(huì)偏藍(lán)。

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(zhǎng)被拉長(zhǎng)了。這種“紅移”意味著，那些星系正在遠(yuǎn)離地球，紅移的幅度則揭示了它們的速度。

施密特指出，計(jì)算一個(gè)星系距離我們有多遠(yuǎn)，是一件很困難的事情，因?yàn)椤澳悴豢赡茉谒臀覀冎g拉一條皮尺”。哈勃作了一個(gè)合理假設(shè)，認(rèn)為每個(gè)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(yuǎn)。

這是一個(gè)粗糙的假設(shè)，因?yàn)椴皇撬泻阈嵌季哂邢嗤舛龋€可以湊合用。哈勃發(fā)現(xiàn)，星系距離我們?cè)竭b遠(yuǎn)，它們發(fā)出的光就越紅—換句話說(shuō)，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(gè)氣球，在上面畫(huà)上小星星，你會(huì)看到相同的情形，”施密特解釋說(shuō)，“吹脹這個(gè)氣球，每顆星星都會(huì)相互遠(yuǎn)離—而且距離越遠(yuǎn)，分開(kāi)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(gè)充氣的氣球那樣，在向外膨脹。

點(diǎn)亮宇宙燭光

我見(jiàn)過(guò)施密特本人，那是在他鮮有的訪問(wèn)英國(guó)之際，當(dāng)時(shí)他當(dāng)選為世界上最古老的科學(xué)院—英國(guó)倫敦皇家學(xué)會(huì)的會(huì)員。他看起來(lái)驚人的年輕—金發(fā)，藍(lán)眼，圓臉，幾乎長(zhǎng)著一張娃娃臉。相比之下，大多數(shù)諾貝爾獎(jiǎng)得主都是在職業(yè)生涯末期才得獎(jiǎng)的，這使得他們有足夠工時(shí)間來(lái)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(diǎn)，珀?duì)栺R特則年長(zhǎng)幾歲。在做出發(fā)現(xiàn)后不久即受到嘉獎(jiǎng)，正說(shuō)明了他們的同行對(duì)此的高度認(rèn)同。

施密特對(duì)夜空的迷戀始于高中，當(dāng)時(shí)他家搬到了阿拉斯加—用他的話來(lái)說(shuō)，在那里玩天文是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)椤跋奶斓奶鞆膩?lái)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(diǎn)燃了，他把觀星與他童年的另一項(xiàng)愛(ài)好—計(jì)算—結(jié)合了起來(lái)。1981年，他的父親，一位生物學(xué)家，買了一臺(tái)首款I(lǐng)BM個(gè)人電腦，14歲的施密特花了兩年時(shí)間編程，來(lái)計(jì)算什么時(shí)候會(huì)發(fā)生日食。

幾年后，他的計(jì)算機(jī)編程技能很快就派上了用場(chǎng)。在美國(guó)亞利桑那大學(xué)讀本科時(shí)，他編寫(xiě)軟件來(lái)篩查望遠(yuǎn)鏡拍攝到的無(wú)數(shù)天體光點(diǎn)，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(shí)間。

當(dāng)時(shí)，天文學(xué)家仍在苦苦測(cè)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(xiàng)目是其中的一個(gè)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(wú)論距離地球多遠(yuǎn)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(yáng)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(huì)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(huì)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(dá)幾噸。它們強(qiáng)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(dá)到臨界值，即太陽(yáng)質(zhì)量的1.38倍時(shí)，它就會(huì)爆炸開(kāi)來(lái)，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(shí)都具有相同的質(zhì)量，它們相似的爆炸亮度可以用來(lái)指引天文學(xué)家。只要測(cè)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?yàn)楣獠ㄔ诓粩嗯蛎浀目臻g中穿行時(shí)會(huì)被拉長(zhǎng)，這類超新星的紅移量讓天文學(xué)家能夠直接測(cè)量宇宙的膨脹。

1989年，當(dāng)時(shí)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(jí)，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。

里斯也是從年少時(shí)起便迷上了科學(xué)。令他的父母相當(dāng)懊惱的是，里斯對(duì)可怕的實(shí)驗(yàn)情有獨(dú)鐘：6 歲時(shí)，他把蠕蟲(chóng)一切為二，想看看它們還能不能繼續(xù)蠕動(dòng)。（答案是：確實(shí)可以。）后來(lái)，他對(duì)電產(chǎn)生了興趣，把一片金屬插進(jìn)了自家插座的兩個(gè)開(kāi)口當(dāng)中。“我燒毀了我們家的電路，但也就此了解了什么叫短路，”他笑著說(shuō)。

用Ia型超新星來(lái)追蹤宇宙更早以前膨脹速度的想法，來(lái)自施密特和里斯的熟人，也就是很快會(huì)成為他們競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的索爾·珀?duì)栺R特。珀?duì)栺R特當(dāng)時(shí)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(guò)的任何Ia型超新星都要遠(yuǎn)上10倍。由于遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的光到達(dá)地球需要時(shí)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(yuǎn)。

測(cè)定這些極遙遠(yuǎn)超新星的距離，就可以揭示宇宙在過(guò)去膨脹的速度有多快?！叭绻钪嬖?jīng)快速膨脹，遙遠(yuǎn)超新星的紅移就會(huì)比鄰近的超新星更加顯著。而在另一方面，如果宇宙曾經(jīng)緩慢膨脹，遙遠(yuǎn)超新星的紅移就不會(huì)那么明顯?！北葘?duì)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(méi)有在改變。珀?duì)栺R特回憶說(shuō)：“就是這么簡(jiǎn)單的一個(gè)測(cè)量，我很驚訝大家之前都沒(méi)有這么做過(guò)。”

刀口上的宇宙

珀?duì)栺R特的動(dòng)力，源自他想要了解宇宙最終命運(yùn)的渴望。幾十年前，宇宙學(xué)家根據(jù)愛(ài)因斯坦的方程推斷，宇宙的命運(yùn)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(jiàn)宇宙中的物質(zhì)密度足夠大，宇宙膨脹不僅會(huì)減速，最終還會(huì)在引力作用下轉(zhuǎn)向，把可見(jiàn)宇宙壓進(jìn)一個(gè)無(wú)窮小的點(diǎn)—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(gè)臨界值，膨脹速度雖然會(huì)放緩，但永遠(yuǎn)不會(huì)停止；更具戲劇性的是，加速膨脹最終可能會(huì)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(gè)永久的穩(wěn)定狀態(tài)。

這些深層次的哲學(xué)問(wèn)題，使得珀?duì)栺R特把天文學(xué)擺在了首位。他說(shuō)：“還是個(gè)孩子時(shí)，我就想知道宇宙是怎么運(yùn)轉(zhuǎn)的。”天文學(xué)可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)尋找答案?！坝钪嬖跁r(shí)間和空間上是否永生，還是說(shuō)最終它也會(huì)終結(jié)？這是每一個(gè)小學(xué)生都會(huì)問(wèn)的一個(gè)問(wèn)題?！边@些問(wèn)題大概可以回答，因?yàn)橛钪媾蛎浀臍v史能夠通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定。

美國(guó)麻省理工學(xué)院的阿蘭·古斯（Alan Guth）和當(dāng)時(shí)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(gè)問(wèn)題的宇宙學(xué)家。在思索其他天文謎題的同時(shí)，他們各自獨(dú)立得出了同一個(gè)令人煩躁的預(yù)言：宇宙正好平衡于臨界密度這個(gè)刀口之上。

確切地說(shuō)，宇宙學(xué)家一直在苦苦解釋這樣一個(gè)問(wèn)題：為什么宇宙看起來(lái)總是驚人相似，不管他們用望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)什么方向，也不管他們能夠看到多遠(yuǎn)。這個(gè)問(wèn)題是天文學(xué)家測(cè)量了宇宙微波背景（也就是大爆炸遺留下來(lái)的輻射余輝）之后才浮出水面的，因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)背景輻射的溫度在整個(gè)天空中僅有細(xì)微的起伏。

天空中相對(duì)的兩點(diǎn)，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(yuǎn)的兩個(gè)地方。然而，它們的背景溫度相差只有萬(wàn)分之一。問(wèn)題在于，為什么天空中相距280億光年的兩個(gè)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(guò)一個(gè)令人難以置信的快速成長(zhǎng)過(guò)程，被稱為暴脹（inflation）—大爆炸后僅10-30秒，它便推動(dòng)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(gè)地點(diǎn)就會(huì)靠得足夠近，有足夠的時(shí)間來(lái)平攤它們的溫度。接著，暴脹會(huì)抓住這兩個(gè)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(gè)方向上看上去都一樣的謎題。

關(guān)鍵在于，數(shù)學(xué)計(jì)算表明，將宇宙中的溫度起伏抹平的過(guò)程，也會(huì)讓宇宙處于臨界密度—微妙地平衡在永遠(yuǎn)膨脹和最終坍縮兩種命運(yùn)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(gè)人。

搜尋暗物質(zhì)

可見(jiàn)宇宙中有大約70%的物質(zhì)不知去向，看起來(lái)像是出了某種重大疏漏，但天文學(xué)家意識(shí)到，這只是因?yàn)橥h(yuǎn)鏡無(wú)法看見(jiàn)必定潛伏在空間中的全部物體。

宇宙中存在大量不可見(jiàn)的物質(zhì)，天文學(xué)家很早之前就獲得了支持這一觀點(diǎn)的首批證據(jù)，因?yàn)樗麄儼l(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(qiáng)勁的引力所拉扯，強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)可見(jiàn)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(wú)法被常規(guī)手段探測(cè)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(shí)認(rèn)為，測(cè)量出宇宙膨脹正在減慢的速率，他就能夠證明這一點(diǎn)。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(guò)來(lái)，暗物質(zhì)究竟有多少，又決定了宇宙是會(huì)永遠(yuǎn)膨脹下去，還是會(huì)最終擠壓成一點(diǎn)。

這是一場(chǎng)測(cè)量宇宙膨脹速率的競(jìng)賽，兩個(gè)團(tuán)隊(duì)都要進(jìn)行長(zhǎng)期而艱難的望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)和數(shù)據(jù)分析。

1997年初，珀?duì)栺R特看到了第一條異樣的線索。通過(guò)亮度測(cè)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(yuǎn)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(shí)正在加速。但在公布這一結(jié)果之前，珀?duì)栺R特還必須一而再、再而三的檢驗(yàn)這一發(fā)現(xiàn)。

與此同時(shí)，里斯開(kāi)發(fā)了一個(gè)計(jì)算機(jī)程序用來(lái)計(jì)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(méi)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(gè)看起來(lái)毫無(wú)意義的結(jié)果—負(fù)30%。這個(gè)數(shù)字在物理上看來(lái)完全解釋不通。

起初里斯認(rèn)為他的程序出錯(cuò)了。但最終他意識(shí)到，可能還有一種解釋，一個(gè)直到當(dāng)時(shí)還完全沒(méi)被人意識(shí)到的解釋：或許暗物質(zhì)不是唯一會(huì)通過(guò)施加引力或者斥力，對(duì)宇宙的總密度作出貢獻(xiàn)的“東西”?；蛟S，還有其他的東西潛伏在宇宙中。

你有新郵件

就是在此時(shí)，里斯把關(guān)鍵的這張圖通過(guò)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(shí)間變得越來(lái)越快—但這樣的想法，他沒(méi)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(guò)，那個(gè)時(shí)間對(duì)于里斯來(lái)說(shuō)，實(shí)在不能再糟糕了—再過(guò)幾個(gè)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(shí)，他還窩在實(shí)驗(yàn)室里?！笆フQ假期來(lái)了，我還在工作，”里斯笑著說(shuō)。

到1998年1月初，施密特和里斯達(dá)成了一致，認(rèn)為這一結(jié)果是真實(shí)的，并且告訴了他們的團(tuán)隊(duì)。這也讓里斯能夠稍事休息，結(jié)了個(gè)婚，度了個(gè)蜜月。

終于到了向全世界公布這一結(jié)果的時(shí)刻。在1998年1月底召開(kāi)的美國(guó)天文學(xué)會(huì)會(huì)議上，珀?duì)栺R特的團(tuán)隊(duì)公開(kāi)了表明宇宙加速膨脹的數(shù)據(jù)，施密特的同事立刻意識(shí)到，這與他們得到的結(jié)果相符。兩個(gè)團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在能夠相互印證了。

宇宙正以超過(guò)所有人想象的速度在向外膨脹，推動(dòng)宇宙這么做的，是一種時(shí)至今日仍無(wú)法被任何物理學(xué)理論解釋的未知力量。

人們開(kāi)始用“暗能量”這個(gè)術(shù)語(yǔ)來(lái)描述驅(qū)動(dòng)宇宙加速膨脹的機(jī)制。但事實(shí)上，它只不過(guò)是個(gè)標(biāo)簽，彰顯的卻是物理學(xué)家的全然無(wú)知—它是什么，從哪里來(lái)，為什么會(huì)表現(xiàn)出這樣的行為，全部都一無(wú)所知。

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

過(guò)去10年中，每一項(xiàng)天文觀測(cè)都越來(lái)越清晰地表明，宇宙是由30%的物質(zhì)（包括可見(jiàn)物質(zhì)和暗物質(zhì)）以及70%的暗能量構(gòu)成的。里斯后來(lái)對(duì)超過(guò)70億年前的古老超新星展開(kāi)的搜尋，則填補(bǔ)了空白：宇宙的膨脹一開(kāi)始是減速的，因?yàn)橄騼?nèi)的物質(zhì)引力原本強(qiáng)過(guò)暗能量相對(duì)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(dá)到了平衡，使得宇宙膨脹的速率在一段時(shí)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(méi)有新的物質(zhì)在其中創(chuàng)生，物質(zhì)被進(jìn)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(kāi)始加速。

暗能量的起源

盡管有了這些認(rèn)識(shí)，物理學(xué)家對(duì)暗能量的起源仍一無(wú)所知。宇宙學(xué)家在一個(gè)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?yàn)樗暦Q，在你看到一個(gè)粒子之前，它不具有任何屬性；相反，它同時(shí)存在于多個(gè)地方。

這一內(nèi)在的反復(fù)無(wú)常意味著，你永遠(yuǎn)不能肯定地說(shuō)，這里沒(méi)有粒子；就連假想的真空也會(huì)充滿了瞬間冒出來(lái)又稍縱即逝的粒子。這些翻騰著的“虛”粒子泡沫會(huì)增加真空本身的能量，不過(guò)迄今為止，理論預(yù)言的能量要比我們實(shí)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(ài)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?yàn)槿绱?，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(shuō)，“它看起來(lái)有點(diǎn)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(chǎng)，在宇宙初期的大部分時(shí)間里處于休眠狀態(tài)，后來(lái)才慢慢蘇醒，直到最近才開(kāi)始推動(dòng)宇宙加速膨脹。這兩種模型有可能相互競(jìng)爭(zhēng)，因?yàn)樵凇暗谖逶亍蹦Ｐ椭?，暗能量的?qiáng)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?duì)栺R特正與美國(guó)國(guó)家航空航天局聯(lián)手打造大視場(chǎng)紅外巡天望遠(yuǎn)鏡（WFIRST），預(yù)計(jì)2020年之后發(fā)射升空。有了這臺(tái)空間望遠(yuǎn)鏡，珀?duì)栺R特將研究從未被人研究過(guò)的更遙遠(yuǎn)的超新星，追溯宇宙更早期的膨脹歷史，以此來(lái)幫助甄別不同的暗能量模型。通過(guò)回溯久遠(yuǎn)的過(guò)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(huì)隨時(shí)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(gè)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(guó)達(dá)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(jì)算顯示，在受到引力擠壓時(shí)，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(qiáng)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(qiáng)大的壓強(qiáng)，只能在超致密天體內(nèi)部才能達(dá)到——這意味著在這個(gè)模型中，我們的宇宙必須置身于某個(gè)類似于黑洞的東西內(nèi)部。亞歷山大說(shuō)：“這看起來(lái)很瘋狂，但我認(rèn)為它是（所有暗能量模型中）最簡(jiǎn)單的?！?/p>

尋求超越

面對(duì)這些理論以及它們?cè)S多的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，里斯感到困惑。“過(guò)去10年來(lái)，人們變得越來(lái)越絕望?？梢岳斫?，因?yàn)檫@確實(shí)是一個(gè)很難的問(wèn)題，”珀?duì)栺R特補(bǔ)充說(shuō)，“在過(guò)去的12年里，幾乎每天都會(huì)有一位理論學(xué)家發(fā)表一篇關(guān)于暗能量的論文?！?/p>

但是，里斯不想甄別哪一個(gè)暗物質(zhì)理論更優(yōu)秀，他計(jì)劃不帶偏見(jiàn)地搜尋證據(jù)。他說(shuō)：“就像棒球裁判一樣，我會(huì)保持公正，以我所見(jiàn)來(lái)作出評(píng)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(cè)或許還能夠幫助珀?duì)栺R特、施密特和里斯回答他們?cè)?994年就為之著迷的那個(gè)問(wèn)題：宇宙的最終命運(yùn)是什么？人們?cè)J(rèn)為，宇宙的命運(yùn)將由物質(zhì)密度來(lái)掌控，現(xiàn)在看來(lái)，它要聽(tīng)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(huì)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(guò)來(lái)，不再對(duì)抗引力，而是協(xié)助引力一起向內(nèi)壓縮，那么大擠壓就會(huì)重新躍然紙上，我們這個(gè)宇宙最終將被擠壓進(jìn)無(wú)窮小的一點(diǎn)。不過(guò)現(xiàn)在看來(lái)，這種情況似乎不太可能發(fā)生。

“歐幾里德”將提供一個(gè)尋求終極答案的機(jī)會(huì)。這是歐洲空間局設(shè)計(jì)用來(lái)研究宇宙黑暗面的一臺(tái)空間望遠(yuǎn)鏡，計(jì)劃于2020年發(fā)射升空。再過(guò)8到10年，“歐幾里得”將開(kāi)始產(chǎn)出數(shù)據(jù)，不過(guò)珀?duì)栺R特警告說(shuō)，它或許不會(huì)給出我們預(yù)期的答案?！叭绻f(shuō)經(jīng)驗(yàn)教會(huì)了我什么東西的話，那就是觀測(cè)可能會(huì)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(guò)了漫長(zhǎng)的等待之后，才升級(jí)成了愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論?！耙忉尀槭裁磿?huì)有宇宙學(xué)常數(shù)，我們需要另一個(gè)愛(ài)因斯坦——而且我們不知道這些真知灼見(jiàn)什么時(shí)候會(huì)出現(xiàn)，”他說(shuō)，“可能是明天，也可能還要再等上150年?！保ň幾g自：《發(fā)現(xiàn)》雜志，What Does Dark Energy Mean for the Fate of the Universe？）