互动科普

宇宙加速膨胀的最直接证据来自于索尔·珀尔马特（Saul Perlmutter）领导的“超新星宇宙学项目”和布莱恩·施密特（Brian Schmidt）领导的“高红移超新星研究组”于1998年公布的结果。这两个研究组利用超新星作为标准烛光，测定了不同红移处超新星距离地球的距离。如果把测到的超新星的红移和距离一一对应起来，就可以画出哈勃图。不同的宇宙学模型的哈勃图是不一样的，因此用这种办法，可以测出宇宙到底是怎样膨胀的。实际测得的超新星的距离比用均匀膨胀预言的距离远，说明测得的哈勃图对应于宇宙的膨胀是加速的。

宇宙膨胀的这种加速度暗示，在蕴藏于空间结构中的某种未知能量的推动下，宇宙正在分崩离析，这种能量被称为“暗能量”。利用其他宇宙学观测的数据，例如宇宙微波背景辐射、重子声波震荡等，对宇宙学模型进行拟合，都一致地支持“暗能量”的存在。根据最新的普朗克卫星的观测，暗能量占宇宙总能量密度的68.3%。

自爱因斯坦提出广义相对论后，就有很多理论家试图利用其来研究宇宙的演化。按照广义相对论，宇宙只能收缩或者膨胀，不可能稳定不变。而当时的主流观点认为宇宙应该是稳定不变的，所以爱因斯坦在广义相对论的方程中添加了一个“宇宙学常数”的项来平衡可能的膨胀或收缩。但是很快哈勃对星系退行速度的观测使大家确信宇宙确实是在膨胀的，这为了信念而添加的“宇宙学常数”被爱因斯坦称为自己一生最大的错误。但是在宇宙加速膨胀的观察事实被发现后，人们发现这个“宇宙学常数”正好可以用来描述一种不随红移演化的“暗能量”，在宇宙学模型中加入这一项后可以很好的拟合宇宙学观测的数据。但是这驱动宇宙加速膨胀的“暗能量”是否真的不随红移演化，如果不随红移演化的话其物理起源是什么，这些都是现在最前沿的研究课题。

（本文发表于《科学世界》2013年第12期）