宇宙是如何形成并演变成今天的样子的？它将何去何从？这个科学命题，或者说哲学命题，几千年来一直困扰着人类。 大约14年前，人们认为他们有了完美的答案：通过观察宇宙微波背景，天文学家终于证实了埃德温哈勃1929年的预言，即宇宙始于137亿年前的大爆炸。然后，随着宇宙的进化，银河系、太阳系、地球，甚至我们自己都出现了。 2006年10月，美国科学家乔治F斯穆特和约翰C马瑟因为这一重要成就分享了当年的诺贝尔物理学奖。 但我们对宇宙的了解显然才刚刚开始。仅仅一个月后，美国宇航局发布了一项新的研究，表明至少90亿年前存在一种被称为“暗能量”的神秘力量。 换句话说，整个宇宙在诞生后不到50亿年就受到了暗能量的影响。此前，科学家们认为，在我们熟悉的引力统治的早期宇宙中，这种力可能不存在。 虽然这个结果仍然不能确切地告诉我们宇宙的未来，但它显然为我们对宇宙如何运作的彻底理解提供了新的线索。相关论文也将发表在2007年2月的美国《天体物理杂志》《天体物理学报》上。 “我们距离真正理解暗能量还有很长的路要走，”约翰霍普金斯大学教授亚当里斯(Adam Riess)告诉记者，他是该研究小组的负责人，电话是《财经》。但显然这是非常重要的一步，因为它提供了更多的线索。” 为什么宇宙在加速膨胀？ 暗能量的发现是戏剧性的。 根据大爆炸理论，在大爆炸之后，由于物质之间的引力相互作用，宇宙的膨胀会随着时间的推移而减慢，就像一辆刹车的汽车。也就是说，离地球相对较远的星系应该比离地球较近的星系膨胀得更慢。 但在1998年，加州大学伯克利分校的物理学教授、劳伦斯伯克利国家实验室的资深科学家索尔珀尔马特(Saul Perlmutter)和澳大利亚国立大学布莱恩施密特(Brian Schmidt)领导的两个研究小组发现，那些遥远的星系正在以不断增加的速度远离我们。 换句话说，宇宙正在加速，就像一辆把脚放在加速器上的汽车，而不是像科学家们之前预测的那样减速。 这样一个完全出乎意料的观测从根本上动摇了人们对宇宙的传统认识。那么，是什么力量推动所有星系和其他物质更快地远离呢？ 科学家称这种与引力相反的斥力来源为“暗能量”。但是“暗能量”到底是什么意思呢？到目前为止，我们所能给出的只是宇宙结构的一个非常粗略的“金字塔图”: 我们所知道的由普通原子组成的世界，只占宇宙的百分之四，也就是金字塔的顶端。 剩下的22%是暗物质。这种物质是由未知的粒子组成的，这些粒子与电磁无关，无法用肉眼看到。但就像普通物质一样，它与引力有关，所以仍然有可能探测到它。 宇宙的74%是由最神秘的暗能量构成的。它无处不在，无处不在，因为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里验证它的存在。了解它的唯一途径仍然是通过间接的天文观测。 Ia型超新星的观测是观测它们的主要手段。这些超新星是由双星系统中的一颗白矮星爆炸引起的，亮度几乎是恒定的。这样，通过测量它的亮度，我们就知道它离地球有多远，从而知道它的速度。 在像哈勃这样灵敏的天文仪器的帮助下，我们可以看到至少90亿光年之外的东西，也就是说，了解90亿年前的宇宙。 下面是霍普金斯大学教授Admureth最新的“暗能量”场景： 在大爆炸后的早期，宇宙经历了一段快速膨胀的时期。从那以后，由于暗物质和物质靠得太近，引力减缓了宇宙的膨胀。 然而，至少在90亿年前，暗能量——宇宙中的另一种排斥力————出现了，并开始抵消引力。 随着宇宙的膨胀，不断增长的暗能量最终在大约50亿到60亿年前超过了引力。从那以后，宇宙从缓慢膨胀到加速膨胀，一直持续到现在。 爱因斯坦的遗产 “有多少暗能量专家，就有多少暗能量模型，”中国科学技术大学物理学教授李淼曾半开玩笑地说。这可能有些夸张，但它也提醒了人们暗能量理论的混乱本质。 这些理论中最引人注目的是爱因斯坦宇宙常数的复兴。这个概念最早是由阿尔伯特爱因斯坦在1917年提出的，他被认为是整个20世纪最伟大的科学家，当时他试图建立一个稳态宇宙模型。然而，后来连他自己也承认宇宙常数是个错误的概念。 但是暗能量的存在为宇宙常数提供了一种新的可能性。如果暗能量是这个宇宙常数，那么它的强度只取决于宇宙的大小。随着宇宙的膨胀，它的体积增大，它的暗能量也随之增大。最终，它会到达一个点，宇宙从减速到加速，并一直加速。 中国科学院高能物理研究所研究员张新民在《财经》接受记者采访时表示，迄今为止的观测，包括里思的最新结果，与爱因斯坦的宇宙常数理论“非常吻合”。 但是宇宙常数还远远不能成为暗能量的确定理论。一些科学家半开玩笑地说，这个宇宙继续加速膨胀的模型太“无聊”了。 当然，最致命的是，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10的120次方。 最奇怪的解释之一，尽管并非没有科学依据，是“多元宇宙论”。观察和理论可能没有错。事实上，宇宙的数量多到我们数不清。科学家所能想象的宇宙数量不是以万亿或数十亿计，而是可能多达10的1000次方。 每个宇宙都有不同的宇宙常数，而我们生活在一个宇宙常数很小的宇宙中。就好像有一只“上帝之手”向我们展示了一个适合智慧生命生存的宇宙。 但是，假定多重宇宙存在的人择原理在天文学家和物理学家之间都存在很大争议。中科院高能物理研究所研究员张新民在接受记者《财经》采访时表示，很多人认为这只是一个猜想，而不是一个“原理”。 更尖锐的批评者认为，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，科学家们提出了替代宇宙常数模型的暗能量理论。例如，中国科学技术大学物理学教授张新民和李淼分别在全息模型上展示了“国粹”和“幻影”。 宇宙的未来 如果这些替代暗能量理论成立，它们将指向一个非常不同的宇宙未来： 根据像Spermatosus这样的动态标量场模型，宇宙的未来将会更加复杂；它可能会继续加速，可能会减速，甚至可能会收缩，宇宙可能最终处于大爆炸的相反状态，即大收缩。 根据幽灵模型，暗能量会增加，导致宇宙以加速的速度膨胀。最终，宇宙将走向大撕裂。 雪碧模式提供了一个“摇摆不定的未来”。张告诉《财经》，根据他提出的理论，整个宇宙将在加速和减速膨胀之间重复，“大坍缩”和“大撕裂”的极端情况都不会发生。 最大的困难是，到目前为止，我们能够研究暗能量的手段是有限的。目前，最流行的方法是观察超新星。但有些人担心，特别是在宇宙早期，超新星的亮度可能也不是恒定的，它们是自己进化的。 即使这种担心可以被排除，看到这些超新星离地球非常非常远，瑞斯说，这就像在两个卫星之外看一个60瓦的灯泡。即使哈勃有很高的灵敏度，也存在难以消除的系统误差。 对大规模宇宙结构的研究，如星系团，可能会给暗能量带来新的启示。一旦暗能量存在，星系团可能形成得更慢，因为引力需要首先克服排斥力。 斯隆数字巡天(SDSS)是一项太空探索项目，它的第一个五年阶段无疑将在完成后揭示更多细节。 中国科学家也在尝试用北京附近新发射的LAMOST(大空域多目标光纤光谱望远镜)观测超新星，探索在中国进行第一次暗能量实验研究的可能性。伽玛射线爆发是由超大质量恒星产生的宇宙高能辐射，它的使用可能为更早地研究暗能量提供间接手段。 北京师范大学物理学教授朱宗宏在接受《财经》采访时指出，伽马射线暴天文学的探索仍处于起步阶段，有点类似于1998年首次发现暗能量时超新星的天文学，但从长远来看，它的一些特性可能仍可用于研究暗能量。 那么有可能直接在实验室里研究暗能量吗？一些人声称这可以用纳米技术来实现。Reith在接受《财经》的采访时说，一些科学家还希望通过短程重力实验找到暗能量的线索。 美国加州理工学院(CIT)的物理学家Sean Carroll也向《财经》的记者强调，找到一个更确定的模型不仅需要天文数据，还可能需要更多来自粒子物理学的证据。特别是，将于2007年在欧洲投入使用的大型强子对撞机(LHC)可能是“我们可以期待的东西”。 但由于暗能量的本质，包括它如何与其他物质相互作用，仍然不清楚，许多科学家表示，很难在短期内从实验室中得到太多的期望。一个更现实的渠道可能还是来自天文观测。 如果一切顺利，普朗克探测器将在2007年第一季度发射，它将对天空进行更详细的观测。在接受《财经》的采访时，皮尔穆特还表示，由他的实验室设计的航天器SNAP计划在2013年或2014年飞行。 “在接下来的五到十年里，我们可能会对暗能量的本质有更清晰的了解。”诺丁汉大学物理与天文学院教授克里斯托弗康塞利斯(Christopher Conselice)通过《财经》告诉记者。 很少有人会否认暗能量是宇宙学和物理学的一场革命。1979年诺贝尔物理学奖得主史蒂文温伯格(Steven Weinberg)明确表示，“如果不解决暗能量的障碍，我们就无法完全理解基础物理学。”中国著名物理学家，1957年诺贝尔物理学奖得主

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