宇宙加速膨胀？两独立团队成果大跌眼镜，10多年后喜提诺奖

你是否好奇，浩瀚宇宙的最终命运将会如何？自大爆炸以来，宇宙一直在膨胀，但究竟是什么力量驱动着它？20 世纪末，天文学家们惊奇地发现，宇宙并非如预期般减速膨胀，而是在加速！驱动这场加速膨胀的幕后推手，就是神秘的“暗能量”……

01 寻找量天尺

天体的距离如何测量呢？要靠一根接一根的量天尺来测量。我们很容易用三角测距法计算出某些恒星的距离。300 光年之内，都可以用三角法测量。这是我们拥有的第一把宇宙量天尺。

但是，更加遥远的天体就不行了。假如要测量银河的大小，区区 300 光年是无论如何不够用的。哈勃要测量银河系的邻居仙女座大星系的距离，那就更不够用了。我们需要一把更长的尺子。

哈勃太空望远镜拍摄的仙女座星系的马赛克图像。虽然其规模巨大，但它甚至没有覆盖该星系的一半。

你可能还记得我们以前已经介绍过，哈勃使用的是造父变星。他在仙女座大星系里面发现了造父变星。这种天体的亮度就像手机呼吸灯一样会由亮变暗，再由暗变亮，如此循环往复。周期长短和绝对亮度是有关联的。那么知道变光周期也就可以推算出绝对亮度。这是第二把尺子，当然第二把尺子要用第一把尺子来校准。哈勃就是利用造父变星测算了大大小小星系的距离，从而发现了遥远的星系都在远离我们。

造父变星的周期性

现在的太空望远镜已经可以拍摄到非常遥远的天体。感光器件连续曝光几十天，对准针眼大小的区域拍一张照片。照片上每个光点都是一个星系团。即便是星系团级别，也不过才几个像素大小，我们无论如何没办法从中分辨出造父变星。第二把量天尺也失效了。

为了能够测量出距离地球几十亿甚至上百亿光年外的星系距离，我们必须要找到新的量天尺，这把量天尺我们前面也介绍过了，就是 Ia 型超新星。

02 大跌眼镜的发现

超新星是一把非常好的量天尺，但是也需要精确校准。利用爆炸余晖，可以把这把尺子调节得更加精确。遥远的天体发出的光千里迢迢跑到我们地球的过程之中，难免会碰上气体云、尘埃之类的，还要矫正这些雾霾带来的亮度误差。这些气体云和尘埃会更多地吸收蓝光，因此可以从红光和蓝光的比例来判断衰减了多少。

上：白矮星质量增长；下：质量极限已超出，形成 Ia 型超新星

经过天文学家的不断努力，这把尺子已经被校准。从上世纪 90 年代以来，有两个独立的研究团队利用当时世界上最先进的设备寻找超新星。其中有一个科学家就是我们前面提到的亚当·里斯。还有两位是，索尔·珀尔马特（Saul Perlmutter）、布莱恩·施密特（Brian P. Schmidt），这三位后来分享了 2011 年的诺贝尔物理学奖。他们带领着团队坚持不懈地在连续几年的时间里，对高红移 Ia 型超新星进行了观测，系统地研究了宇宙膨胀现象。他们本来的目标是计算出宇宙膨胀的减速状况。

2011 诺贝尔物理学奖获得者

宇宙膨胀减速是最符合科学家们预期的情况，也很符合逻辑。因为，在大爆炸以后，受到引力的作用，宇宙的膨胀速度会减慢，就像炮弹朝天上发射一样，出炮膛的一瞬间速度是最快的，然后就会开始减速，当达到最高点，速度为 0，下落的过程就开始了。

当然，炮弹速度足够快，就可以不掉下来，变成卫星，再快一些就可以飞出地球引力范围，一去不回头。所以在过去，物理学家们也一直都认为宇宙大爆炸和炮弹发射很类似，宇宙中的所有物质都会产生引力。假如物质足够多，引力足够大，最终我们的宇宙膨胀到了顶点，还是会开始收缩的，最后重新变成一个点，这个过程叫做“大挤压”。这样的宇宙虽然无比辽阔，但是体积终究有限，因此也叫封闭宇宙。

只要炮弹速度足够快，就可以不掉下来，变成卫星

假如物质不多不少刚刚好，我们的宇宙再也不会收缩了，虽然膨胀速度在下降，但是永远也减不到 0。就像人造卫星不会掉到地球上是一个道理。这是一种温和的结局，一切都慢慢消逝。

为了探求宇宙的未来，天文学家们试图测量宇宙膨胀的精确速度，从而确定它的减速情况。几乎所有的科学家都认为，宇宙膨胀理所应当是在刹车，区别无外乎是温和地刹车，还是急刹车，也有小部分科学家认为是空档滑行。

上世纪 90 年代，有两个各自独立的团队几乎同时向这个宇宙终极命运问题发起了冲击，其中一个团队由美国劳伦斯伯克利国家实验室的珀尔马特领衔，成员来自 7 个国家，总共 31 人，阵容强大；另一个团队则由哈佛大学的布莱恩·施密特和亚当·里斯领衔，也是一个由 20 多位来自世界各地的天文学家组成的豪华团队。

珀尔马特（最左）与超新星宇宙学项目团队成员合影

最终，两个团队前后脚发现了让人大跌眼镜的现象，宇宙在前 70 亿年确实是在减速膨胀，可是在 70 亿年前的某个时间点上，减速膨胀反转成了加速膨胀，这就好像开车，先是踩刹车，然后再踩油门，这个事情就大大出乎科学家们的意料了。爱因斯坦或者伽莫夫要是听说这事儿，估计一口老血都能喷出来。

03 宇宙正加速膨胀？

宇宙加速膨胀的这个观点足以惊动全世界，这样惊人的观点要站住脚，那必须要经受住比其他科学观点更加严苛的挑战。