暗能量之谜

“暗能量”一词并不是一个明确的物理概念，目前物理学家和宇宙学家们对于暗能量唯一了解的就是对它仍然一无所知，它是现今宇宙学中最为深刻的难题。科学家们用暗能量来命名一个宇宙学的谜团可能只是无奈之举，这个名词描述的实际上是一个在1998年发现的宇宙学最为深刻并且令人迷惑的现象——宇宙正在加速膨胀。十几年过去了，人们对于这个宇宙学谜团的认识并没有任何进展。

一个膨胀的宇宙该有怎么样的性质和未来？因为宇宙的星系之间存在引力，这种引力将是宇宙膨胀的反作用，因此，一个膨胀的宇宙在引力作用下，膨胀速度会逐渐减慢。直到20世纪90年代，人们仍然相信宇宙中有足够的物质和能量使这种膨胀减速或是转变为收缩。但是，一个加速膨胀的宇宙就完全不同了，它彻底改变了人类的宇宙观，宇宙中的某种未知的动力克服了引力作用，这使得宇宙的膨胀在目前看来无可阻挡。在发现了宇宙正在加速膨胀这个事实之后，人们命名使得宇宙加速膨胀的原因是“暗能量”，但是除了这个名词，人们对于其中的原因仍然一无所知，也有宇宙学家通过类比，认为宇宙中的引力和暗能量是相对应的“阴”和“阳”，但是这种类比对于我们理解这个宇宙现象仍然毫无帮助。

人们试图通过现有的知识来理解宇宙的加速膨胀，找到其中的驱动力，目前有几种不同的解释：在放弃了宇宙常数将近70年之后，人们也许需要把宇宙常数重新引入到宇宙学之中，这代表了宇宙空间的一种性质，即空间自身可以拥有能量，这种能量使空间相互排斥，也使得更多的空间出现，因为空间本身拥有能量，因此这种能量的密度并未降低，并且促使空间膨胀的速度越来越快。但问题是，宇宙空间为什么会有这种性质？也有物理学家怀疑是量子力学描述的真空中出现的“虚拟粒子对”对抗着引力作用。当然，还有一种可能是描述引力作用的广义相对论本身有错误，需要修正，它在更大的尺度上可能失效，引力可能反过来表现为斥力，造成宇宙的加速膨胀。

暗能量调查项目的主要工作听起来非常浪漫，就是数星星，或者说是数星系团的数量，并且估算它们的质量，但实际上这并不是一件简单的工作。

考虑到在宇宙中存在着数以亿计的星系，在一定范围的宇宙空间内，数出在一定质量范围的星系或是星系团，并且掌握它们随时间变化的规律绝非易事，但是目前看来，这可能正是理解暗能量本质的关键。因为暗能量使宇宙扩张，星系团的密度随之降低，但新的星系和星系团也会随着引力和暗能量的相互作用而诞生。因此，如果我们详细了解了宇宙中星系团的数目、质量和年龄，就有可能了解暗能量与引力作用之间相互作用的关系。同时，根据不同的暗能量模型，超级计算机可以模拟估算出不同年龄和质量的星系团在宇宙中的数目，天文学家们正是通过这种实际观测来分辨哪些模型更加可靠。

相比于数星系团的数量，要计算它们的质量更加困难。科学家们无法直接测量星系团的质量，只能通过几个侧面来估算，最有效的方法就是利用“引力透镜”的方法，星系团因为其自身巨大的质量引起其周围宇宙空间的扭曲，这样当光线经过星系团周围时，就会发生扭曲，这与光线穿过透镜造成的效果类似，因此被称为引力透镜现象。星系团的质量决定它对于周围宇宙空间扭曲的程度，因此，科学家们在接受到来自遥远星系的光线之后，通过观察它们扭曲的状态就可以估算出它们所经过的星系团的大体质量。

与天文学观测中常用的超新星探测与重子声学振荡探测方式来探测天文学距离不同，暗物质探测项目将会同时探测宇宙结构生长的速度，这种探测会带给我们更多宇宙成长的细节，同时也是对于广义相对论的检验。

探索暗能量注定是一个长远且艰巨的课题，同时也是当今宇宙学研究中最为深刻的难题，人类更多对暗能量进行探测和研究的计划将逐步展开。对暗能量难题研究的深入注定将改变人类对于宇宙的认识，要知道，人类所熟知的“普通物质”只占到宇宙总量的5%左右，而暗能量则占到宇宙总量大约68%，从这个意义上说，暗能量不光是宇宙膨胀的驱动器，也是宇宙的真面目。

（本文写作参考了《科学》杂志和美国航空航天局网站的报道）