暗能量之謎

“暗能量”一詞并不是一個明確的物理概念，目前物理學家和宇宙學家們對于暗能量唯一了解的就是對它仍然一無所知，它是現今宇宙學中最為深刻的難題。科學家們用暗能量來命名一個宇宙學的謎團可能只是無奈之舉，這個名詞描述的實際上是一個在1998年發現的宇宙學最為深刻并且令人迷惑的現象——宇宙正在加速膨脹。十幾年過去了，人們對于這個宇宙學謎團的認識并沒有任何進展。

一個膨脹的宇宙該有怎么樣的性質和未來？因為宇宙的星系之間存在引力，這種引力將是宇宙膨脹的反作用，因此，一個膨脹的宇宙在引力作用下，膨脹速度會逐漸減慢。直到20世紀90年代，人們仍然相信宇宙中有足夠的物質和能量使這種膨脹減速或是轉變為收縮。但是，一個加速膨脹的宇宙就完全不同了，它徹底改變了人類的宇宙觀，宇宙中的某種未知的動力克服了引力作用，這使得宇宙的膨脹在目前看來無可阻擋。在發現了宇宙正在加速膨脹這個事實之后，人們命名使得宇宙加速膨脹的原因是“暗能量”，但是除了這個名詞，人們對于其中的原因仍然一無所知，也有宇宙學家通過類比，認為宇宙中的引力和暗能量是相對應的“陰”和“陽”，但是這種類比對于我們理解這個宇宙現象仍然毫無幫助。

人們試圖通過現有的知識來理解宇宙的加速膨脹，找到其中的驅動力，目前有幾種不同的解釋：在放棄了宇宙常數將近70年之后，人們也許需要把宇宙常數重新引入到宇宙學之中，這代表了宇宙空間的一種性質，即空間自身可以擁有能量，這種能量使空間相互排斥，也使得更多的空間出現，因為空間本身擁有能量，因此這種能量的密度并未降低，并且促使空間膨脹的速度越來越快。但問題是，宇宙空間為什么會有這種性質？也有物理學家懷疑是量子力學描述的真空中出現的“虛擬粒子對”對抗著引力作用。當然，還有一種可能是描述引力作用的廣義相對論本身有錯誤，需要修正，它在更大的尺度上可能失效，引力可能反過來表現為斥力，造成宇宙的加速膨脹。

暗能量調查項目的主要工作聽起來非常浪漫，就是數星星，或者說是數星系團的數量，并且估算它們的質量，但實際上這并不是一件簡單的工作。

考慮到在宇宙中存在著數以億計的星系，在一定范圍的宇宙空間內，數出在一定質量范圍的星系或是星系團，并且掌握它們隨時間變化的規律絕非易事，但是目前看來，這可能正是理解暗能量本質的關鍵。因為暗能量使宇宙擴張，星系團的密度隨之降低，但新的星系和星系團也會隨著引力和暗能量的相互作用而誕生。因此，如果我們詳細了解了宇宙中星系團的數目、質量和年齡，就有可能了解暗能量與引力作用之間相互作用的關系。同時，根據不同的暗能量模型，超級計算機可以模擬估算出不同年齡和質量的星系團在宇宙中的數目，天文學家們正是通過這種實際觀測來分辨哪些模型更加可靠。

相比于數星系團的數量，要計算它們的質量更加困難。科學家們無法直接測量星系團的質量，只能通過幾個側面來估算，最有效的方法就是利用“引力透鏡”的方法，星系團因為其自身巨大的質量引起其周圍宇宙空間的扭曲，這樣當光線經過星系團周圍時，就會發生扭曲，這與光線穿過透鏡造成的效果類似，因此被稱為引力透鏡現象。星系團的質量決定它對于周圍宇宙空間扭曲的程度，因此，科學家們在接受到來自遙遠星系的光線之后，通過觀察它們扭曲的狀態就可以估算出它們所經過的星系團的大體質量。

與天文學觀測中常用的超新星探測與重子聲學振蕩探測方式來探測天文學距離不同，暗物質探測項目將會同時探測宇宙結構生長的速度，這種探測會帶給我們更多宇宙成長的細節，同時也是對于廣義相對論的檢驗。

探索暗能量注定是一個長遠且艱巨的課題，同時也是當今宇宙學研究中最為深刻的難題，人類更多對暗能量進行探測和研究的計劃將逐步展開。對暗能量難題研究的深入注定將改變人類對于宇宙的認識，要知道，人類所熟知的“普通物質”只占到宇宙總量的5%左右，而暗能量則占到宇宙總量大約68%，從這個意義上說，暗能量不光是宇宙膨脹的驅動器，也是宇宙的真面目。

（本文寫作參考了《科學》雜志和美國航空航天局網站的報道）