编者按

宇宙从何而来？它究竟是什么样子？它将如何演化？它最终的命运将是什么？这些，是许多人在一生中的某个时刻都会感到好奇和困惑的问题。

宇宙是奇妙的，有时我们自以为读懂了它，但宇宙却会忽然间给我们一个震惊，让人目瞪口呆。

２０１１年的诺贝尔物理学奖，颁给了在１９９８年通过超新星观测发现宇宙加速膨胀的研究中做出重大贡献的三位科学家。当年这一发现震动了整个科学界。因为按照万有引力定律，所有我们已知的普通物质，甚至一些科学家设想应该存在的暗物质，都会使宇宙的膨胀减速。因此，宇宙的膨胀加速，意味着宇宙被一种我们完全不了解的东西所主宰，它被科学家们称为暗能量。

暗能量是什么？它是如何被发现的？它对于宇宙的命运有什么样的影响？

在国际天文联合会第２８届大会在北京召开之际，中国科协第１８期“科学家与媒体面对面”活动邀请到暗能量的发现者之一、２０１１年诺贝尔物理学奖获得者、澳大利亚科学院院士Brian Schmidt教授，以及我国几位暗能量领域的活跃研究者，与媒体进行交流，解读与暗能量有关的科学问题。

宇宙是在膨胀的

Brian Schmidt教授所研究的，是在最大尺度上的宇宙。他说，宇宙虽然非常大，但我们现在所能看到的宇宙却是有限的。美国天文学家莱斯特·斯莱弗曾经发现，地球周边大部分的星系正在逐渐向远处飞去，而这个谜，最终通过测量距离得到了解答。

1929年，哈勃用世界上最大的望远镜观测斯莱弗观测过的星系，测量它们的距离时发现，星系走得越快就会越暗，因此他宣布宇宙是在膨胀的。Brian Schmidt教授说：“在天文学当中测量距离，是通过测量星的亮度，越远的东西就越暗。”

Brian Schmidt教授带领大家用爱因斯坦的广义相对论来理解这个问题。因为爱因斯坦的广义相对论认为受到引力和加速这两者是等效的。也就是说，在一个盒子里测到的重力加速度，可能来自地球，也可能是被加速的。对此爱因斯坦用了８年多的时间进行探索，最后推导出了他的广义相对论。

这是哈勃发现宇宙膨胀之前的12年，爱因斯坦在他的方程中引入了一个任意项，也就是称之为宇宙学常数项的东西，可以使空间当中的引力不是吸引，而是改成斥力，可以和物质的引力相平衡，保持一个不动的宇宙。在他生命的晚期，有人曾经说过，这是他一生中最大的错误。

Brian Schmidt教授说，如果宇宙是在膨胀，可以回溯上去，回溯一段时间之后，所有的东西都会互相重叠在一起，那就是我们所说的宇宙大爆炸。如果用图像来表示，就是一个物体的轨迹，用一条线来表示，可以推算出什么时候物体会互相重叠，那就是大爆炸的时刻。但实际上这个推论过于简单了，由于存在引力，宇宙在膨胀当中会被物体的引力吸引，而逐渐减慢引力的速度，就像我们往上扔东西的时候，上升的速度会越来越慢一样。

这也影响我们对未来的预言，如果宇宙不会减慢速度，它就会膨胀得越来越大；如果宇宙膨胀速度越来越慢，很有可能膨胀到一定程度后就会停止，而改成收缩。

“好在1994年以来天文观测技术取得了较大进步，使得我们可以测量出宇宙在不同时刻的膨胀速度，观测光度非常确定的天体。”Brian Schmidt教授欣慰地说。

暗能量加速宇宙膨胀

究竟是什么在推动宇宙的加速膨胀？

Brian Schmidt教授说，爱因斯坦“最大的错误”可能就是我们最伟大的发现，他引入的常数项可能表示了宇宙当中一些基本的材料。在过去１０多年里，很多人都用不同的方法进行了这样的观测，结果都获得了同样的结果，那就是我们把它叫做暗能量的东西，是它在推动宇宙加速膨胀，是它构成了宇宙当中73%的部分，剩下产生引力的部分则只有27%。但是即使在这27%当中，大部分也都是一些神秘的东西，其中22.5%是我们称之为暗物质的东西，它产生引力，但是没有办法用望远镜看到。组成我们地球的，还有人体这些普通的重子物质，只占了4.5%。

宇宙的未来是什么样的？Brian Schmidt教授认为，宇宙的未来可能看上去都是暗能量，因为暗能量是构成时空的基本材料，宇宙越膨胀，暗能量就越多。它可以越来越强有力地推动宇宙，使它膨胀得越来越快，这就造成了更多的暗能量，然后又变得更多，宇宙的膨胀速度也就越来越快。

宇宙的膨胀是如此之快，以至于从我们现在看到的那些星系发出的光，最后都无法传到我们这里。除非这个暗能量突然消失，否则膨胀就会越来越快，那些星系就会越来越暗，最后就看不到任何星系了。但Brian Schmidt教授安慰大家，这是在一千亿年以后的事情了。

当有记者让Brian Schmidt教授从一个天文学家的角度，谈谈人类社会还能持续多少年的问题时，他直言，永远不可能100%地确定这个答案。但他又说，从目前了解的情况看，宇宙会持续膨胀下去，远处的星系会离我们越来越远。“太阳大概还有50亿年的寿命，宇宙会变得越来越冷，最终我们将什么也看不见，宇宙也就寂静下来了。”

“3暗宇宙”是什么

把宇宙研究上升到哲学层面，即将暗能量延伸到另外一个话题——和谐宇宙，是北京师范大学天文系教授张同杰的创意。因为他认为，这个话题与大家的现实生活颇有关系。

首先，张同杰提到“3暗宇宙”，也就是许多人所知道的暗物质、暗能量和黑暗时代。他认为这三个领域是本世纪天文学里非常热、非常有意思的三个研究领域。张同杰说，黑暗时代不是一种物质或者能量，而是一个时期，相当于冰河期，是一个时代，是宇宙在很早时候经历过的一个黑暗时代。

虽然还不清楚这个黑暗时代里面的物质是什么，但是经过那个时代以后就形成了第一代恒星，逐渐形成了我们现在看到的宇宙。张同杰告诉大家，这是一个非常神秘的时代，现在世界上一些研究小组都在努力对这个时代进行精确的观测，他相信，再过一段时间就可能会获得一个清晰的结果。

张同杰告诉大家，要想了解宇宙的性质或者宇宙的演化，首先要了解其组成部分，而我们现在所了解的宇宙的组成部分，只占了很少的一部分。而我们在这部分所看到的正常物质，可以通过电磁波直接看到它们发出的辐射，更通俗地讲，就是我们在初中学习过的一些元素组成的物质。

这些正常物质占的量非常小，正如Brian Schmidt教授所说，只占总量的4.5%，另外22.5%就是暗物质。张同杰说，我们周围都有暗物质，它们处处存在，但是我们很难感受到它，因为它非常奇特，除了引力作用，并不与其他物质发生作用。

第三部分就是暗能量，占宇宙组成部分的73%。张同杰说，如果把这部分做一个大的分类，用太极图来进行分类的话，按照吸引力和排斥力分类，暗能量就是排斥力，正常物质和暗物质则是吸引力。宇宙就是在这些物质作用下进行演化的，如果没有这些物质的作用，我们就无法研究宇宙演化的方向。

张同杰认为，宇宙就是在这种吸引力和排斥力两种力量的相互作用下进行演化的。暗物质和正常物质是吸引力，是把宇宙拉过来；暗能量是排斥力，其作用正好相反。

“Cosmos”与和谐、秩序

暗能量到底能做什么？张同杰在否认一些天文学家有关暗能量能够解决国家能源问题说法的同时，提出了“我们从中能学到什么道理”的设问，由此引发了他独特的哲学观点。

他说，通过对宇宙的观测，我们可以看到大尺度上的整个宇宙是非常大的，可以进行特写，可以进行局部描述，可以看到银河系，再进一步还可以看到太阳系和地球……张同杰认为，我们所看到的宇宙非常美，总体来说是非常和谐的。

“宇宙”在英文中叫做“Cosmos”，其原意就是和谐、秩序。想来在造这个词儿的时候，就是希望宇宙和谐并且有秩序。张同杰认为，通过这个可以得出两条原理。

一是天平原理或者平衡原理。宇宙的存在，实际就是引力和排斥力两种力的平衡，如果不平衡就麻烦了，就相当于Brian Schmidt教授说的一样，将来暗能量没有了，我们就什么都看不见了。

二是能量守恒原理。爱因斯坦时期大家还不知道宇宙在膨胀，只知道宇宙有吸引力，爱因斯坦认为宇宙是和谐的，是一种平衡的、静止的和谐，所以他加了一个常数，也就是说只有吸引力是不行的，必须有排斥力，但是爱因斯坦不懂科学发展观，也就是说宇宙不单是和谐的，还是动态的和谐，需要演化和进化。

张同杰指出，如果宇宙出现了不和谐，就可能发生一些巨大事件，比如星系碰撞之类，那么整个人类可能就完了。

关于地球的不和谐，张同杰说我们已经看到了很多，比如地震、海啸、雪崩，这些都是局部的不和谐，但是地球现在还没有到偏离平衡太厉害的程度，如果到了那个程度，地球也就不存在了。他说，这一天或许会到来。

“所以，我们可以通过宇宙和谐引伸到和谐社会。一旦出现了不和谐，就要想办法来调节不和谐，也就是时下流行的一个词儿‘摆平’。怎么摆平？就是要输入一些类似于经济补偿的能量和元素，使其趋于平衡。总之，我们期待着宇宙和谐，人类和谐。”这段表述，成为张同杰带领大家探秘宇宙的结束语。