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■小溪/文 ■L老师、郑伟/审校 暗能量这个词挺神秘，它的由来是什么呢？ 科学家们发现宇宙中存在着某种能量，好像是隐藏在黑暗中的幽灵，总是无法真正捕捉到它，这种能量被科学家们称之为暗能量。 究竟是怎么知道有暗能量呢？那可要追溯到爱因斯坦那个时代了，正是这个伟大的爱因斯坦从理论上提出了猜想。科学家们锲而不舍地研究着，先是发现“宇宙正在膨胀”，后来发现“宇宙曾减速膨胀”，再后来又发现“宇宙正加速膨胀”……，相关的重要科学成果显示了暗能量的可能存在。 有趣的是：科学家们研究了多年后居然发现：人类已知的物质仅占宇宙的4%，而人类还不甚了解的暗能量却占宇宙的73%。暗能量在推动着宇宙的膨胀，并且，宇宙还在加速膨胀。 决定着宇宙何去何从命运的暗能量不得不令人关注，它真的存在么？ 1 爱因斯坦的“宇宙常数” 那是100多年前，1915年11月，犹太裔科学家爱因斯坦（Albert Einstein，1879-1955）提出了一个描述物质间引力相互作用的理论——广义相对论，并给出了相关引力场方程的完整形式，这个方程将时间、空间和物质、运动这四个自然界最基本的物理量联系了起来。
爱因斯坦（图片来自网络）
爱因斯坦的引力场方程（图片来自网络） 1917年，爱因斯坦将他的广义相对论公式应用到整个宇宙，他想看看是否能由此获得对宇宙本质的新认识。世界上的物理学家、数学家随即开始解其中的引力方程，方程可以得出两种解： 第一种解是：如果宇宙仅存在引力宇宙不可能一直静止。 第二种解是：宇宙在最初爆炸的那一瞬间获得了一个初速度而向外膨胀，但由于引力作用往回拉，宇宙肯定越胀越慢，所以宇宙不是膨胀就是收缩，不可能静止。 两种解的结论在某一点上是相同的——宇宙不可能静止。 爱因斯坦从哲学的思路来分析，觉得这两种解都不合适。按照他的想法，宇宙应该是静止的，不能永不停息的运动。为建立一个静态的宇宙模型，他又向广义相对论的引力方程引入了一项“宇宙常数”（cosmologicalconstant）。这个宇宙常数起排斥力的作用。有了这个常数，引力方程就同时具备了引力和斥力，正好能够达到平衡，这就可以让宇宙“静止”下来了。 引入宇宙学常数后的引力场方程，红圈之处就是宇宙常数（图片来自网络） 2 宇宙正在膨胀 奥地利的多普勒（Christian Johann Doppler，1803-1853）1842年就发现了一种奇特的效应：当发声物体相对于收听者运动时，它发出的声音频率虽然始终如一，可接收者接收到的声音频率却前后不一。这个现象不是只有声音才有，包括光源在内的任何频率源，只要有相对观测者的运动都有这种效应，被称为“多普勒效应”。
奥地利科学家多普勒（图片来自网络）
光是一种电磁波，当光源远离观测者时，接受到的光波频率比其固有频率低，即向长波的红端偏移，这种现象被称为“红移”；当光源接近观测者时，接受频率增高，相当于向短波的蓝端偏移，称为“蓝移”。红移是测定天体之间距离的一种常规方法，根据红移的量可以计算出星体远离我们的速度。 星系光谱线的红移和蓝移现象示意图（图片来自中科院国家授时中心网）
基于多普勒效应，英国的哈金斯（Sir William Huggins，1824-1910）1868年仔细检查了天狼星的光谱，他观测到一个显著的红移，这可是第一颗被测量出运行速率的恒星。哈金斯推算出天狼星以大约每秒40公里的速度远离太阳系。这个数值虽比后来测出来的每秒7.6公里速度数值大多了，不过那次测量可以说是天体径向速度研究的起端。 英国科学家哈金斯（图片来自网络）
1929年，美国的哈勃（Edwin PowellHubble，1889-1953）分析了与银河系近邻的24个星系的观测数据后，竟然发现大部分星系的光谱都存在红移现象，可以推算出它们都以每秒几百公里的速度在逐渐远离我们。哈勃还发现了一个规律（称为哈勃定律）：一个星系的远离速度同这个星系离我们的距离成正比，离我们越远的星系向外运动的速度越快，这是宇宙正在膨胀的表现。 美国科学家哈勃（图片来自网络）
这是当时震惊科学界的一个重大发现。人们一直很愿意相信宇宙是静态的，或者说很希望宇宙的膨胀是在减速进行，这样宇宙的未来还有可能是静态的，但这个信念被哈勃的发现彻底粉碎了。 哈勃的这一观测结果完全与爱因斯坦引入“宇宙常数”之前的引力方程的计算结果相契合，因此很快得到世界上绝大多数科学家的认可。爱因斯坦本想引入“宇宙常数”让宇宙“静止”下来，但实际的宇宙是在膨胀着，以致爱因斯坦自己也认为：“引入宇宙常数是我这一生所犯的最大错误！” 但事实上爱因斯坦提出的“宇宙常数”并未完全被科学家们抛弃，还有部分科学家此后在将观测结果与理论计算进行对比的时候，常常会把此常数捎带上。如果计算结果显示“宇宙常数”等于0，就证明该数确实不能用；反之，就证明爱因斯坦引入一个常数的思路是对的。 哈勃发现的定律后来不断得到天文观测的证实。随着太空望远镜的直径越做越大，人们可以观测越来越远的星系，就能发现越来越大的红移。 3 宇宙曾减速膨胀 以著名天文学家哈勃名字命的“哈勃空间望远镜”HST（Hubble Space Telescope）1990年4月24日在美国肯尼迪航天中心由“发现者”号航天飞机成功发射上天。 HST长13.3米，直径4.3米（它的反射望远镜直径为2.4米），重11.6吨，造价近30亿美元。它以2.8万公里的时速沿太空轨道运行，由于它位于地球大气层之上，观测清晰度是地面天文望远镜的10倍以上，没有大气湍流的干扰，HST所获图像和光谱具有极高的稳定性和可重复性，可以成功地弥补地面对空间观测的不足。 哈勃空间望远镜（图片来自网络）
HST于1997年拍摄到一颗超新星，编号为“1997 ff”。 所谓“超新星”就是爆炸中的恒星，它发出的亮度相当于几十亿颗恒星亮度的总和。通过超新星亮度的测定就可以判断宇宙膨胀的速率。 美国马里兰州太空望远镜科学研究所（STScI）和劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）的科学家们对“1997 ff”超新星的亮度进行了研究，结果发现它爆发于110亿年前，是当时所发现的超新星中距地球最遥远的。 经过大量的计算和分析，科学家们确认“1997 ff”的亮度是预计正常亮度的两倍，而且比距离更近、更年轻的超新星爆炸发出的光还要亮。只有在宇宙减速膨胀中诞生的星体，其发出的光到达地球时，该星体和地球之间的距离由于膨胀减速的原因要比预计的近，因而地球上的观测者会发现其光要比预计中的更亮。据此可判定，超新星“1997 ff”爆发于宇宙的减速膨胀阶段。
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