■小溪/文
■L老師、鄭偉/審校
暗能量這個(gè)詞挺神秘，它的由來是什么呢？
科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)宇宙中存在著某種能量，好像是隱藏在黑暗中的幽靈，總是無法真正捕捉到它，這種能量被科學(xué)家們稱之為暗能量。
究竟是怎么知道有暗能量呢？那可要追溯到愛因斯坦那個(gè)時(shí)代了，正是這個(gè)偉大的愛因斯坦從理論上提出了猜想?？茖W(xué)家們鍥而不舍地研究著，先是發(fā)現(xiàn)“宇宙正在膨脹”，后來發(fā)現(xiàn)“宇宙曾減速膨脹”，再后來又發(fā)現(xiàn)“宇宙正加速膨脹”……，相關(guān)的重要科學(xué)成果顯示了暗能量的可能存在。
有趣的是：科學(xué)家們研究了多年后居然發(fā)現(xiàn)：人類已知的物質(zhì)僅占宇宙的4%，而人類還不甚了解的暗能量卻占宇宙的73%。暗能量在推動(dòng)著宇宙的膨脹，并且，宇宙還在加速膨脹。
決定著宇宙何去何從命運(yùn)的暗能量不得不令人關(guān)注，它真的存在么？
1
愛因斯坦的“宇宙常數(shù)”
那是100多年前，1915年11月，猶太裔科學(xué)家愛因斯坦（Albert Einstein，1879-1955）提出了一個(gè)描述物質(zhì)間引力相互作用的理論——廣義相對(duì)論，并給出了相關(guān)引力場(chǎng)方程的完整形式，這個(gè)方程將時(shí)間、空間和物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)這四個(gè)自然界最基本的物理量聯(lián)系了起來。
愛因斯坦（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）
愛因斯坦的引力場(chǎng)方程（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）
1917年，愛因斯坦將他的廣義相對(duì)論公式應(yīng)用到整個(gè)宇宙，他想看看是否能由此獲得對(duì)宇宙本質(zhì)的新認(rèn)識(shí)。世界上的物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家隨即開始解其中的引力方程，方程可以得出兩種解：
第一種解是：如果宇宙僅存在引力宇宙不可能一直靜止。
第二種解是：宇宙在最初爆炸的那一瞬間獲得了一個(gè)初速度而向外膨脹，但由于引力作用往回拉，宇宙肯定越脹越慢，所以宇宙不是膨脹就是收縮，不可能靜止。
兩種解的結(jié)論在某一點(diǎn)上是相同的——宇宙不可能靜止。
愛因斯坦從哲學(xué)的思路來分析，覺得這兩種解都不合適。按照他的想法，宇宙應(yīng)該是靜止的，不能永不停息的運(yùn)動(dòng)。為建立一個(gè)靜態(tài)的宇宙模型，他又向廣義相對(duì)論的引力方程引入了一項(xiàng)“宇宙常數(shù)”（cosmologicalconstant）。這個(gè)宇宙常數(shù)起排斥力的作用。有了這個(gè)常數(shù)，引力方程就同時(shí)具備了引力和斥力，正好能夠達(dá)到平衡，這就可以讓宇宙“靜止”下來了。
引入宇宙學(xué)常數(shù)后的引力場(chǎng)方程，紅圈之處就是宇宙常數(shù)（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）
2
宇宙正在膨脹
奧地利的多普勒（Christian Johann Doppler，1803-1853）1842年就發(fā)現(xiàn)了一種奇特的效應(yīng)：當(dāng)發(fā)聲物體相對(duì)于收聽者運(yùn)動(dòng)時(shí)，它發(fā)出的聲音頻率雖然始終如一，可接收者接收到的聲音頻率卻前后不一。這個(gè)現(xiàn)象不是只有聲音才有，包括光源在內(nèi)的任何頻率源，只要有相對(duì)觀測(cè)者的運(yùn)動(dòng)都有這種效應(yīng)，被稱為“多普勒效應(yīng)”。
奧地利科學(xué)家多普勒（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）
光是一種電磁波，當(dāng)光源遠(yuǎn)離觀測(cè)者時(shí)，接受到的光波頻率比其固有頻率低，即向長(zhǎng)波的紅端偏移，這種現(xiàn)象被稱為“紅移”；當(dāng)光源接近觀測(cè)者時(shí)，接受頻率增高，相當(dāng)于向短波的藍(lán)端偏移，稱為“藍(lán)移”。紅移是測(cè)定天體之間距離的一種常規(guī)方法，根據(jù)紅移的量可以計(jì)算出星體遠(yuǎn)離我們的速度。
星系光譜線的紅移和藍(lán)移現(xiàn)象示意圖（圖片來自中科院國(guó)家授時(shí)中心網(wǎng)）
基于多普勒效應(yīng)，英國(guó)的哈金斯（Sir William Huggins，1824-1910）1868年仔細(xì)檢查了天狼星的光譜，他觀測(cè)到一個(gè)顯著的紅移，這可是第一顆被測(cè)量出運(yùn)行速率的恒星。哈金斯推算出天狼星以大約每秒40公里的速度遠(yuǎn)離太陽系。這個(gè)數(shù)值雖比后來測(cè)出來的每秒7.6公里速度數(shù)值大多了，不過那次測(cè)量可以說是天體徑向速度研究的起端。
英國(guó)科學(xué)家哈金斯（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）
1929年，美國(guó)的哈勃（Edwin PowellHubble，1889-1953）分析了與銀河系近鄰的24個(gè)星系的觀測(cè)數(shù)據(jù)后，竟然發(fā)現(xiàn)大部分星系的光譜都存在紅移現(xiàn)象，可以推算出它們都以每秒幾百公里的速度在逐漸遠(yuǎn)離我們。哈勃還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)規(guī)律（稱為哈勃定律）：一個(gè)星系的遠(yuǎn)離速度同這個(gè)星系離我們的距離成正比，離我們?cè)竭h(yuǎn)的星系向外運(yùn)動(dòng)的速度越快，這是宇宙正在膨脹的表現(xiàn)。
美國(guó)科學(xué)家哈勃（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）
這是當(dāng)時(shí)震驚科學(xué)界的一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)。人們一直很愿意相信宇宙是靜態(tài)的，或者說很希望宇宙的膨脹是在減速進(jìn)行，這樣宇宙的未來還有可能是靜態(tài)的，但這個(gè)信念被哈勃的發(fā)現(xiàn)徹底粉碎了。
哈勃的這一觀測(cè)結(jié)果完全與愛因斯坦引入“宇宙常數(shù)”之前的引力方程的計(jì)算結(jié)果相契合，因此很快得到世界上絕大多數(shù)科學(xué)家的認(rèn)可。愛因斯坦本想引入“宇宙常數(shù)”讓宇宙“靜止”下來，但實(shí)際的宇宙是在膨脹著，以致愛因斯坦自己也認(rèn)為：“引入宇宙常數(shù)是我這一生所犯的最大錯(cuò)誤！”
但事實(shí)上愛因斯坦提出的“宇宙常數(shù)”并未完全被科學(xué)家們拋棄，還有部分科學(xué)家此后在將觀測(cè)結(jié)果與理論計(jì)算進(jìn)行對(duì)比的時(shí)候，常常會(huì)把此常數(shù)捎帶上。如果計(jì)算結(jié)果顯示“宇宙常數(shù)”等于0，就證明該數(shù)確實(shí)不能用；反之，就證明愛因斯坦引入一個(gè)常數(shù)的思路是對(duì)的。
哈勃發(fā)現(xiàn)的定律后來不斷得到天文觀測(cè)的證實(shí)。隨著太空望遠(yuǎn)鏡的直徑越做越大，人們可以觀測(cè)越來越遠(yuǎn)的星系，就能發(fā)現(xiàn)越來越大的紅移。
3
宇宙曾減速膨脹
以著名天文學(xué)家哈勃名字命的“哈勃空間望遠(yuǎn)鏡”HST（Hubble Space Telescope）1990年4月24日在美國(guó)肯尼迪航天中心由“發(fā)現(xiàn)者”號(hào)航天飛機(jī)成功發(fā)射上天。
HST長(zhǎng)13.3米，直徑4.3米（它的反射望遠(yuǎn)鏡直徑為2.4米），重11.6噸，造價(jià)近30億美元。它以2.8萬公里的時(shí)速沿太空軌道運(yùn)行，由于它位于地球大氣層之上，觀測(cè)清晰度是地面天文望遠(yuǎn)鏡的10倍以上，沒有大氣湍流的干擾，HST所獲圖像和光譜具有極高的穩(wěn)定性和可重復(fù)性，可以成功地彌補(bǔ)地面對(duì)空間觀測(cè)的不足。
哈勃空間望遠(yuǎn)鏡（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）
HST于1997年拍攝到一顆超新星，編號(hào)為“1997 ff”。
所謂“超新星”就是爆炸中的恒星，它發(fā)出的亮度相當(dāng)于幾十億顆恒星亮度的總和。通過超新星亮度的測(cè)定就可以判斷宇宙膨脹的速率。
美國(guó)馬里蘭州太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所（STScI）和勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LBNL）的科學(xué)家們對(duì)“1997 ff”超新星的亮度進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它爆發(fā)于110億年前，是當(dāng)時(shí)所發(fā)現(xiàn)的超新星中距地球最遙遠(yuǎn)的。
經(jīng)過大量的計(jì)算和分析，科學(xué)家們確認(rèn)“1997 ff”的亮度是預(yù)計(jì)正常亮度的兩倍，而且比距離更近、更年輕的超新星爆炸發(fā)出的光還要亮。只有在宇宙減速膨脹中誕生的星體，其發(fā)出的光到達(dá)地球時(shí)，該星體和地球之間的距離由于膨脹減速的原因要比預(yù)計(jì)的近，因而地球上的觀測(cè)者會(huì)發(fā)現(xiàn)其光要比預(yù)計(jì)中的更亮。據(jù)此可判定，超新星“1997 ff”爆發(fā)于宇宙的減速膨脹階段。
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