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大约在14年前，人们曾经认为有一个完美的答案:通过观测宇宙背景中的微波辐射，天文学家终于在1929年验证了埃德温·哈勃的猜想，宇宙诞生于大约137亿年前的大爆炸。后来随着宇宙的演化，银河系，太阳系，地球，甚至我们自己，都相继出现。
2006年6月5日至2006年10月，正是凭借这一重要成果，美国科学家乔治·F·斯穆特和约翰·C·马瑟分享了当年的诺贝尔物理学奖。
但是我们对宇宙的了解显然才刚刚开始。仅仅一个月后，美国国家航空航天局公布的最新研究结果显示，一种被称为“暗能量”的神秘力量至少在90亿年前就已经存在。
换句话说，整个宇宙诞生后不到50亿年，就开始受到暗能量的影响。此前，科学家普遍认为，在宇宙早期，或许这种力量并不存在，因为在那个时候，主导一切的是我们熟悉的引力。
虽然这个结果仍然不能告诉我们宇宙的未来会是怎样，但它显然为我们彻底了解宇宙的运行规律带来了新的曙光。相关论文也将发表在2007年2月的《天体物理学杂志》上。
在接受《财经》采访时，领导该研究团队的约翰·霍普斯金大学教授亚当·里斯(Adam Riess)表示:“我们距离真正理解暗能量还很远。但显然，这是非常重要的一步，因为它给出了更多线索。”
宇宙为什么会加速膨胀？
暗能量的发现非常具有戏剧性。
根据大爆炸理论，大爆炸之后，随着时间的推移，由于物质之间的引力作用，宇宙的膨胀速度会逐渐变慢，就像一辆慢慢踩了刹车的汽车。也就是说，离地球相对较远的星系，膨胀速度应该比较近的慢。
然而，在1998年，由加州大学伯克利分校物理学教授索尔·珀尔马特、劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)高级科学家和澳大利亚国立大学Brian Schmidt领导的两个小组观察到，那些遥远的星系正以越来越大的速度远离我们。
换句话说，宇宙正在加速膨胀，就像一辆不停踩油门的汽车，而不是像之前科学家预测的那样处于减速膨胀状态。
如此完全出乎意料的观测，从根本上动摇了对宇宙的传统认识。那么是什么样的力量在驱使所有星系或其他物质加速远离呢？
科学家将这种与引力相反的斥力来源称为“暗能量”。但是“暗能量”是什么意思呢？到目前为止我们能给出的只是一个非常粗略的宇宙结构“金字塔图”:
我们所熟悉的世界，也就是普通原子组成的一草一木山川星月，只占整个宇宙的4%，相当于金塔顶端的那一块。
底部的22%是暗物质。这种物质是由未知的粒子组成的。它们不参与电磁作用，肉眼看不到。但和普通物质一样，参与引力，所以还是有可能探测到的。
作为塔基础的74%，它由最神秘的暗能量组成。它无处不在，无时不在。由于我们对它的性质知之甚少，科学家们还不知道如何在实验室中验证它的存在。唯一的手段仍然是通过天文观测的间接手段来了解它的奥秘。
目前，观测Ia型超新星的爆发是最主要的观测手段。这颗超新星是由双星系统中的一颗白矮星爆炸形成的，其亮度几乎是恒定的。这样，通过测量它的亮度，我们就可以知道它与地球的距离，进而了解它的速度。
借助哈勃这样灵敏的天文仪器，我们至少可以观测到90亿光年以外的情况，也就是了解90亿年前宇宙的信息。
霍普金斯大学教授Adem Reiss向我们展示了最新的“暗能量”场景如下:
在大爆炸后的早期，宇宙经历了一个快速膨胀阶段。此后，由于暗物质与物质的距离很近，在引力的作用下，宇宙的膨胀速度开始变慢。
然而，至少在90亿年前，宇宙中的另一种力——表现为排斥力的暗能量——出现了，并开始逐渐抵消引力效应。
随着宇宙的膨胀，越来越大的暗能量终于在大约50亿到60亿年前超过了引力。此后，宇宙由减速膨胀变为加速膨胀，一直延续至今。
爱因斯坦的遗产
中国科技大学物理系教授李淼曾半开玩笑地说:“有多少暗能量专家，就有多少暗能量模型。”或许这种说法不无夸张，但暗能量在理论上的混沌状态也可以从中看出。
其中，最具戏剧性的理论是爱因斯坦“宇宙常数”的复活。1917年，被认为是整个20世纪最伟大的科学家阿尔伯特·爱因斯坦，为了建立稳态宇宙模型，首次提出了这个概念。然而，就连他自己后来也承认，“宇宙常数”只是一个错误的概念。
但是暗能量的存在为宇宙常数提供了一种新的可能性。如果暗能量是宇宙常数，那么它的强度只会和宇宙的大小有关。随着宇宙的膨胀，其体积逐渐增大，因此暗能量也会逐渐增加。最终会达到一个临界点，使得宇宙从减速状态变成加速状态，而且还会继续加速。
中国科学院高能物理研究所研究员张新民在接受《财经》采访时指出，目前为止的观测结果，包括Reiss的最新结果，与爱因斯坦的宇宙常数理论“非常吻合”。
然而，宇宙常数远不是一个确定性的暗能量理论。一些科学家半开玩笑地说，根据这个模型，宇宙将继续加速膨胀，这是相当无聊的。
当然，最致命的是，根据量子场论计算出的宇宙常数，比天文观测得到的上限至少高出120倍。
其中一个最奇怪又不乏科学依据的解释是“多重宇宙论”。观察和理论可能没有错。事实上，除了我们生活的这个宇宙，还有无数个其他的宇宙。科学家所能想象的宇宙数量不是以数万或数亿来计算的，而很可能多达10的1000次方。
每个宇宙都有不同的宇宙常数，我们只是生活在一个宇宙常数非常小的宇宙中。黑暗中似乎有一只“上帝之手”，向我们呈现了一个适合智慧生命生存的宇宙。
然而，对于这种寄希望于多重宇宙存在的“拟人化原理”，天文学家和物理学家之间存在很大争议。中国科学院高能物理研究所研究员张新民告诉《财经》，很多人认为这只是一个猜想，与“原理”相去甚远。
更尖锐的批评认为，这种解释更像是一种宗教信仰，而不是科学理论。
为了避免这种冲突，科学家们提出了各种暗能量理论来代替宇宙常数模型。代表模型有精粹模型和幻影模型，张新民和中科大物理系教授李淼也分别提出了quintom和全息模型。
宇宙的未来
如果这些可供选择的暗能量理论能够成立，它们将指向一个完全不同的宇宙未来:
按照标量场模型，宇宙的未来会复杂得多。也许会继续加速膨胀，也许会减缓膨胀的速度，甚至走向收缩，最终导致与宇宙大爆炸相反的“大紧缩”。
根据幽灵模型，暗能量将继续增加，导致宇宙以越来越快的加速度膨胀。最终，宇宙将走向“大撕裂”。
elf模型给出了一个“振荡的未来”。张新民告诉《财经》，根据他的理论，整个宇宙会在加速膨胀和减速膨胀之间反复推演，“大坍缩”和“大撕裂”这两种极端情况都不会出现。
最大的困难是，到目前为止，我们能够研究暗能量的手段还非常有限。目前最主流的还是对超新星的观测。但有人担心，尤其是在宇宙早期，超新星的亮度可能不是恒定的，它也有自己的演化过程。
即使可以排除这种担忧，鉴于这些超新星距离地球非常非常远，也很难观测到。在里斯看来，这就像从两个月亮之间的距离观察一个60瓦的灯泡。即使哈勃望远镜具有非常高的灵敏度，也存在难以消除的系统误差。
对大尺度宇宙结构(如星系团)的研究可能会为暗能量提供新的线索。一旦暗能量存在，星系团的形成可能会慢一些，因为引力需要先克服这种斥力。
目前，斯隆数字巡天(SDSS)这一空间探索项目已经完成了为期五年的第一阶段工作。一旦完成，这个可以覆盖四分之一天空的精细光学成像设备无疑将揭示更多细节。
据悉，我国科学家也在尝试利用最近在北京附近发射的LAMOST(大天区多目标光纤光谱望远镜)观测超新星，以探索首次在我国进行暗能量实验的可能性。伽马暴(超大质量恒星爆炸产生的宇宙高能辐射)的使用可能为进一步研究早期暗能量提供一种间接手段。
北京师范大学物理系教授朱宗洪在接受《财经》采访时指出，伽马射线暴天文学的探索还处于初级阶段，这与1998年暗能量刚刚被发现时的超新星天文学有些相似，但其某些性质从长远来看可能仍会被用于研究暗能量。
那么，有没有可能利用实验室直接研究暗能量呢？一些人声称纳米技术可以用来实现这一目标。赖斯在接受《财经》采访时表示，一些科学家也希望利用短程引力实验来寻找暗能量的线索。
加州理工学院(CIT)物理学家肖恩·卡罗尔(Sean Carroll)也向《财经》强调，要找到更确定的模型，不仅需要天文数据，可能还需要来自粒子物理的证据。尤其是将于2007年在欧洲投入运行的大型强子对撞机(LHC)，也许“我们可以期待一下”。
但由于暗能量的本质，包括与其他物质的反应机制还不清楚，许多科学家认为短期内不能对实验室的工作寄予太大希望；更现实的渠道可能还是来自天文观测。
如果不出意外，普朗克探测器将于2007年第一季度正式发射，它将更精确地探测天空。皮尔穆特在接受《财经》采访时也表示，其实验室设计的超新星加速探测器(SNAP)将按计划于2013或2014发射。
“未来五到十年，我们可能会对暗能量的本质有更清晰的认识。”诺丁汉大学物理与天文学院教授克里斯托弗·康塞利塞(Christopher Conselice)告诉《财经》。
很少有人否认暗能量对于整个宇宙学乃至物理学是一场革命。1979诺贝尔物理学奖获得者史蒂芬·温伯格曾明确表示，“如果不解决暗能量这个‘拦路虎’，我们就无法完全理解基础物理学。”中国著名物理学家，1957诺贝尔物理学
参考资料:
/science.htm