互动科普

远处星系正在退离我们而去

早期的天文学家曾经以为我们所在的银河系就是全部宇宙。进入20世纪以后，美国的天文学家埃德温·哈勃（1889〜1953）才发现，实际上，在我们的银河系之外还存在着无数个其他星系。

哈勃继续观测，记录下他所看到的那些在银河系之外的星系的颜色，结果发现，距离地球越远的星系越偏向红色（红移）。根据这些观测数据，哈勃在1929年揭示出如下事实。

“距离越远的星系，正在以越大的速度作背离我们而去的退行运动”。表示这种关系的数学公式就叫做“哈勃定律”。必须指出的是，这个定律并不是说某一个特定的星系在离开我们，而是说远处的所有星系全都在离开我们的银河系。

我们该如何来理解哈勃定律所揭示的这个事实呢？假定有一片橡胶薄膜，上面放有许多枚硬币。这时，在所有方向上向外拉伸薄膜，它上面的硬币之间的距离就会变得越来越大，也就是分散开来，彼此远离而去。而且，相距越远的两枚硬币，互相远离的速度越大。

如果认为宇宙全体也像橡胶薄膜那样被拉伸着向外扩张，星系之间正在背离而去的这种现象便能够得到圆满说明（星系相当于硬币）。由此我们知道宇宙全体并非不变，而是正在膨胀。于是，科学家发现了宇宙膨胀。

图. 埃德温·哈勃

宇宙膨胀正在加速

根据哈勃定律，我们这个宇宙正在随着时间膨胀。那么，将时钟指针倒拨，这个宇宙就应该逐渐收缩。收缩到极限，宇宙最后会收缩为一个没有大小的“点”。那就是宇宙的开端。

在宇宙的开始，宇宙的一切突然以非常大的势头分散开来，彼此开始背离而去，相距越来越远。这就是宇宙的膨胀。另一方面，宇宙中有质量的物质又彼此施加一种吸引力，倾向于互相聚集到一起。这就是万有引力。这种万有引力对膨胀起到的是制动作用，因而宇宙膨胀应该减速，膨胀逐渐变慢。这样的看法在科学家当中已经成为一种常识。

可是，这样的常识却在1998年被一项意外的重大发现所推翻。原来，宇宙膨胀不但不是在减速，反而是在加速。这就是“宇宙加速膨胀”的发现。这项发现是美国劳伦斯伯克利国家实验室由索尔·珀耳马特博士（1959〜）领导的一个研究小组和澳大利亚国立大学由布赖恩·施密特（1967〜）博士所领导的一个研究小组几乎在同一时间作出的。两位博士连同施密特小组的亚当·里斯博士，3人一同获得了2011年度诺贝尔物理学奖。

然而，这个宇宙究竟是被什么定律支配着作加速膨胀，目前却没有人知道。驱动宇宙加速膨胀的那种能量现在已经取名为“暗能量”，可是那种暗能量的本体是什么，仍然是一个谜。

对支配宇宙的各种定律的探索还没有结束。可以说，这种探索是当前科学的一项尖端研究，目前正在加紧进行之中。

（本文发表于《科学世界》2012年第7期）