照亮通向加速膨脹宇宙之路

蔡立英/編譯

羅伯特·基什內爾在美國科學促進會年會上做關于“加速的宇宙”的報告

●宇宙學家知道宇宙正在膨脹，而且在一種神秘的暗能量的推動下，目前宇宙膨脹的速度在加快，這種暗能量迄今躲過了科學家的探測和描述。

在羅伯特·基什內爾（Robert Kirshner）的大會學術報告中，這位哈佛大學的天體物理學家帶領聽眾穿越了137億年的宇宙演化史，以及一百年的人類對宇宙的研究史——他甚至還在報告過程中吃了一小片南瓜餅。

一會兒還有關于那個南瓜餅的故事，先說1917年開始的科學故事。當時，“阿爾伯特·愛因斯坦認為銀河系差不多等同于整個宇宙。”基什內爾說。愛因斯坦還認為宇宙是不變的，他的質能方程式描述了宇宙包含一種斥力，他稱之為宇宙常數。宇宙常數是愛因斯坦用來解釋為什么靜止的宇宙并沒有在所有恒星和宇宙中含有的其他物質的萬有引力作用下自己坍塌內陷的方式。

差不多在相同的時間，哈佛學院天文臺的天文學家亨麗埃塔·斯旺·萊維特 （Henrietta Swan Leavitt）報告說某些“變星”的發光度與它們在亮度上的波動有關。波動之間相隔的時間越長，變星的亮度越亮。這些變星成為最早照亮人類探索宇宙的尺寸和動力學之路的“標準燭光”，基什內爾指出。

這一發現證實了宇宙比銀河系還要大，但是也在1929年天文學家埃德溫·哈勃（Edwin Hubble）揭示了另一個令人驚訝的事實。當他和其他人密切監測從這些星星發出的光線的波長時，他們得以發現了與光線的方向和速度相對應的波長的變化。于是，哈勃得出結論，這些星星相互之間在遠離，宇宙處于膨脹之中。

萊維特的變星因為太暗了，而無法在這個膨脹的宇宙的遠端看到，所以現在，1a型超新星這種天空中最明亮的天體，成為新的標準燭光。它們“以太陽亮度的40億倍照耀大約一個月，”基什內爾說，但是，“它們確實真的很罕見。在星系中大約一百年才會出現一個超新星。”

基什內爾和他的研究生布賴恩·施密特（Brian Schmidt）和亞當·里斯（Adam Riess）不得不運用計算機和性能日佳的攝影機搜遍成千上萬個星系尋找超新星，最終他們付出的努力得到了回報。1998年，他們發表了宇宙的膨脹在加速的研究成果。施密特和里斯，以及索爾·佩爾穆特（Saul Perlmutter）因為這一發現獲得了2011年諾貝爾物理學獎。

當哈勃發現宇宙在膨脹時，愛因斯坦借以抵賴的宇宙常量，在現代宇宙學中又有了新的意義。該有某個東西賦予宇宙“彈性質量”，基什內爾說，而這個東西很有可能就是愛因斯坦所說的斥力。

宇宙常量能夠代表天體物理學家所謂的“暗能量”。暗能量也許構成了多達整個宇宙的73%，還有不可見的冷暗物質構成了剩下的23%。只有4%的宇宙是由可見的物質構成的，這正是基什內爾在美國科學促進會的講臺上通過切下一小片南瓜餅吃下去所演示的事實。“這也許看起來不太多，”他開玩笑說，“但它是宇宙中最可口的部分。”