資料來源：千龍網

2003年12月19日

1998年，兩個國際科研小組的研究結果表明，宇宙不但在膨脹，而 且還在加速膨脹。天文學家用暗能量來解釋這種現象。這個占了整 個宇宙組成的大約70%的暗能量看上去是一個愛因斯坦的宇宙常數 的現代版本。早年，愛因斯坦為了讓靜態的宇宙不因引力而坍塌， 引入了具有反引力性質的“宇宙常數”。但是后來關于宇宙膨脹的 發現讓他放棄了這個所謂的“最大的錯誤”(參見2002年11月21日 《南方周末》科學版)。 僅僅知道暗能量能夠使宇宙膨脹，這遠遠不能滿足天文學家的好奇 心。暗能量的本質是什么，它會怎樣左右宇宙的命運？對于這些問 題的答案人們還知之甚少。天文學家把研究的焦點放在用來表示暗 能量特征的參數w上。如果w等于-1，那么就意味著暗能量反引力的 效果是一個常數，不隨時間變化。如果w的值在-1到0之間，那么它 的效果就可能隨著時間變化。不同的w值意味著宇宙不同的命運。 如果w比-1還小，會發生什么情況呢？今年3月，英國達特茅斯學院 的考德威爾(Robert　Caldwell)等人在一篇提交給《物理評論》的 論文中討論了w小于-1的情況。考德威爾的計算結果是，在這種非 常極端的條件下，宇宙最終的命運是所謂的“大分裂”(bigrip)。 在過于強大的暗能量的作用下，先是星系群被撕裂，然后是單個星 系、行星系、恆星、行星……直到原子。當然，即使這種極端情況 會發生，它也將開始于非常遙遠的220億年之后。 一把鑰匙 考德威爾的結論是否能夠成立，需要依靠觀測的檢驗。根據已有的 觀測數據，天文學家認為w是一個大約等于-1的數字，但是并不那 么精確。為了找出宇宙命運的答案，天文學家需要──并且繼續需 要──求助于解開暗能量問題的一把鑰匙：超新星。 過去20多年以來，天文學家使用所謂的Ia型超新星來測量遙遠天體 的距離。這種方法也幫助天文學家發現了宇宙的加速膨脹。 但是Ia型超新星并非唾手可得，它太稀少了。天文學家估計，在一 個星系中平均100年才會出現一次Ia型超新星爆發。按照一般的情 況，天文學家需要有中彩票頭獎般的運氣，才能觀測到足夠數量的 超新星。否則，由于可用的數據太少，關于宇宙加速膨脹的准確度 就要大打折扣。 所幸的是，已經有了一些專門的超新星觀測計划，專門為暗能量的 研究服務。ESSENCE是這些計划中的一個。在過去的一年中， ESSENCE觀測到了25顆超新星，這是一個相當可觀的數目。 這個計划還要至少進行5年。 弄清宇宙演化的一個關鍵時刻也是ESSENCE的任務之一。隨著宇 宙的膨脹，引力相對逐漸變弱，而推動宇宙加速膨脹的暗能量相對 變強。天文學家推測，在宇宙誕生的40億年之內，應該有一個轉折 點。在這個轉折點之前，宇宙是減速膨脹的。 但是這同樣是一個困難的工作。天文學家不但需要找到足夠的超新 星，而且由于那些宇宙早期的超新星光譜有很大的紅移量，以至于 已經移到了紅外線區域，這些宇宙早期的微弱光線會淹沒在地球大 氣層的紅外線“噪聲”里。 為了克服這個缺陷，美國勞倫斯─伯克利國家實驗室提出了SNAP 計划。如果今年晚些時候國會能夠批准SNAP，那么它將于2009年 升空。在它的3年“任期”中，預計每年能夠發現超過2000顆超新 星，總計發現6000余顆。與ESSENCE計划相比，SNAP簡直是個暴發 戶。 最終答案 關于暗能量甚至還有相反的推測。今年2月，斯坦福大學的卡羅希( Renata　Kallosh)和林德(Andrei　Linde)在《宇宙學和天體粒子 物理學》雜志上發表論文。根據她們的計算，暗能量最終會由產生 斥力變為產生引力。根據現有的超新星數據，她們提出的這種情況 至少不會在180億年之內發生──如果真的發生了，那么宇宙的命 運就不是“大分裂”，而是所有物質都會聚集在一起的“大坍塌” 了。 在暗物質支配下的宇宙的命運到底是什么？這仍然是一個不確定的 問題。有了ESSENCE、SNAP的觀測數據，以及哈勃太空望遠鏡(HST) 和威爾金森微波各向異性探測器(WMAP)的幫助，天文學家在不久的 將來有可能解開暗能量這個物理學上最大的問題之一。面對這樣一 個宇宙尺度的問題，天文學家的優勢在于：他們有足夠的時間。 編輯： 陳騫 來源： 南方周末 作者：柯南