宇宙膨胀正在加速

成功在望

　　根据这三位美国科学家的观测结果，宇宙膨胀正在加速，这意味着宇宙将终结于酷寒，就像冰河世纪一样。他们研究了几十颗被称为“超新星”的爆炸恒星，发现宇宙正以越来越快的速度向外膨胀。这种加速让科学家不得不“杞人忧天”：在某种未知力量的推动下，宇宙正在分崩离析。目前，一种说法认为这种能量是遍布宇宙的神秘物质“暗能量”。按照已知的宇宙配方，宇宙由构成恒星和行星的普通物质（4.56％）、暗物质（22.7％）和暗能量（72.8％）构成。和暗能量一样，暗物质也在和科学家们玩着“躲猫猫”。无怪乎此次物理学奖的新闻发布稿语气黯然地说：“2011年诺贝尔物理学奖的发现，向科学界揭露了一个95％的成分仍然未知的宇宙。现在，一切又皆有可能了。”通过观测遥远超新星发现宇宙的加速扩张”。他们（物理学奖得主）研究了几十个称为‘超新星’的爆炸星球，并发现宇宙一直在加速扩张。按照通常的情况之下，由于引力效应，我们的物质受引力的影响，应该是越来越慢，而不是越来越快地膨胀，所以他们发现的超新星和我们通常预期的不一样，在加速膨胀，这是一个惊奇的发现。其中一种解释就是，宇宙当中存在一种我们现在还不清楚的物质形态，这种物质形态具有负的压强，而我们通常的物质压强都是正的，这种负压强的物质形态，才能解释我们观测到的这一类星球，以越来越快的速度在远离我们，这类物质称为暗能量。在我们认识的宇宙中，自人类文明时期以来，我们所认识的物质被发现只占整个宇宙不到4％，而宇宙成份中约3/4都由暗能量组成。这需要物理学家和天体物理学家共同来解释和理解。他们于1998年得到了一致的结论：宇宙的膨胀速度不是恒定的，也不是越来越慢，而是不断加快。这三位科学家通过观察遥远超新星，发现了宇宙加速膨胀。宇宙膨胀不断加速，而且逐渐变冷。这个发现，被瑞典皇家科学院称为“震动了宇宙学的基础”。宇宙的膨胀速度不是恒定的，也不是越来越慢，而是不断加快。1998年1月，他们几乎同时公布了自己的观测结果：宇宙的膨胀在加速。这一结论立即引发了广泛关注。按照广义相对论理论，如果宇宙由一般的“物质”组成，其膨胀会逐渐减速，这是万有引力的作用。那么如何解释观测到的宇宙膨胀加速呢？目前主流的解释是引入“暗能量”的概念。暗能量是人们在建立宇宙膨胀模型中提出的假想：一种充溢空间的、具有负压强的能量。按照相对论，这种负压强在长距离类似于一种反引力，能很好地解释已被哈勃望远镜证实的宇宙加速膨胀现状。与暗物质相比，暗能量不仅在分布范围上广得多，并且占据着宇宙组成的绝大部分。根据美国宇航局公布的数据，暗能量约占宇宙结构的70％，暗物质约占25％，剩下的约5％则是可见物质。在广义相对论方程中，暗能量的贡献可以用宇宙常数来描述，虽然爱因斯坦本人最初并未预见到暗能量。刚开始，他认为宇宙应该是静态的、稳定的，既不收缩也不膨胀，所以人为地加了一个宇宙常数来进行解释。哈勃发布观测自己的结果后，爱因斯坦删掉了这个常数，并将自己在宇宙常数上的往复视为“一生犯的最大错误”。但恐怕他并没有错得很离谱：由于引力作用，删掉宇宙常数后，解出的宇宙是减速膨胀的。为了描述加速膨胀的宇宙，还得把宇宙常数加回来，只不过是与静态宇宙相反的方向。（总之，结果表明，宇宙中存在一种具有负压强的物质形态，它可以解释天体正在以越来越快的速度远离我们，这类物质被称为暗能量。理论物理学计算表明，如果用暗能量解释宇宙的加速膨胀，那么宇宙的73％左右由暗能量构成，22％是暗物质，而可通过常人直觉和经典理论描述、印证的物质只占4％多一点。因此，2011年诺贝尔物理学奖的发现，向人类揭露了一个近96％的成分仍然未知的宇宙。如果宇宙持续膨胀，那么宇宙最终将变成无比寒冷的世界）。
　　获得诺贝尔奖的研究有时候是有些模糊晦涩的。比如1990年，三位科学家因“对核子深度非弹性散射的先驱性研究”而获奖。看明白没？第二年，一位科学家因“发现了将简单系统中有序现象的方法推广到更复杂的物质态”而获奖。我们最初打算用超新星来测量宇宙膨胀因地球引力而减速的情况，结果却发现膨胀在加速。这个意想不到的结果表明宇宙主要是由一种以前不曾知道的能量——暗能量构成。”但是有时候你就会情不自禁地感叹：“哇！”或者“你什么时候得诺贝尔奖啊？”这也是亚当?里斯的朋友一直问他的，而这天早上5：30，电话终于响了。“我知道这是声名大噪的时刻。”太空望远镜研究所的天文学家说。“声音听起来是瑞典口音，我十分肯定它不是搬家公司打来的。”当然肯定了，里斯和另外两位天文学家刚被授予2011年诺贝尔物理学奖，因为十多年前观测到宇宙膨胀的速度虽时间推移越来越快。最可能的原因就是：诸如暗能量等神秘的宇宙作用力。当20世纪90年代中里斯和他合作者澳大利亚国立大学的布莱恩?施密特开始高红移超新星研究课题时，他们没有意识到他们发现了任何暗物质或者暗能量。劳伦斯伯克利实验室的萨尔?波尔马特也一样，那时他和他的研究者正开始给超新星宇宙项目做总结。这两个课题组都知道宇宙自大爆炸以来就开始加速。问题是他们需要回答：一千亿个星系的引力是互相排斥使宇宙加速减慢吗？如果是的话，会减慢多少？为了得到答案，科学家们瞄准了超新星，它们太亮了以至于在宇宙任何角落都可见到。最远处被探测到的超新星诞生于宇宙早期。它发出的光需要数十亿年才能到达地球，所以光就好像给过去的超新星照相一样给人们留下了图景。更近一些的超新星则显示出更近期的一些宇宙条件。一旦天文学家发现它们就通过光谱中的微小特征计算它们的速度，这样就得到宇宙不同时期的膨胀速度。研究中，令他们吃惊的是，它们发现宇宙膨胀完全没有减慢的意思。“我们花了一年的时间试图弄清楚我们看到了什么。”波尔马特告诉记者。最后，两个团队独立地得出看似不可能的结论：有未知的力使得宇宙分开。他们共同的发现被《科学》杂志看做1998年的突破性事件。更不可思议的是，差不多一百年前爱因斯坦就预言了那么一种力的存在。1916年他得到了广义相对论方程，并将宇宙看做整体进行计算。让他吃惊的是，计算结果表明如果宇宙不是膨胀的就是坍缩的。显然似乎它不是膨胀的，但是也不是坍缩的，一定有什么东西阻止它坍缩。爱因斯坦将其称为宇宙常数，并略带厌恶地将它加入他的理论，因为如果没有宇宙常数，它的理论在数学上优美极了。之后的十年或者更迟一些，哈勃发现宇宙是在膨胀的。爱因斯坦释然地抛弃了宇宙常数，声称那是”我最大的错误“。他这么说是将他方程的优美性看得更重要，当然因为预言膨胀的宇宙也有可能让他再得一次诺贝尔奖。而宇宙常数并没有完全被遗忘。”理论物理学家在绝望时将它拿了出来，”里斯说，“当他们不能弄清楚宇宙年龄的时候。”芝加哥大学的天体物理学家迈克尔?特纳曾指出：“宇宙常数就像个幽灵，来了又走了，又来了，又走了。”而加速的宇宙使得宇宙常数这个看不见的理论又杀回来了。即便如此，诺贝尔委员会还是谨慎地延期了，尽管里斯的朋友表示他认为得奖滞后是公平的。尽管某种程度上宇宙常数并不和两个团队的结论矛盾，但是也可能导致双倍的错误。比如说，也许超新星在过去是不同的，这使得宇宙看起来是加速的。其他团队通过其他不同手段确定宇宙加速才是重要的。特别明显的一点是：里斯和其他人是对的。哈勃天文望远镜现实宇宙的确在早期减缓了碰撞速度，但是当暗能量作用进来就加速了。用足够的证据在手，所有人最终都释然了。所有人，这里面当然不包括理论物理学家。虽然暗能量导致宇宙加速碰撞，这并不意味着人们的确知道暗能量是什么。当被问到他是否认为科学家离结果更近了一步时，里斯坦率地说“至少我没有。”但是，他又补充到：“科学家对其有各种丰富的想象，也许他们会成功的。”如果他们真的最后揭开了这个谜团，另一个诺贝尔奖自然跑不掉了。
　　
　　南桥饶浩成（网名：成功在望）2011年10月11于江夏区安山镇，次日修改于江夏南桥。
　　

夫子山闲人

很大的课题
把这个研究明白了
就是科学家

敬一兵

文章引述过多，如果有自己的观点认识最好。问好。