诺奖得主Adam Riess：宇宙因为暗能量在加速膨胀

嘉宾：2011年诺贝尔物理学奖获得者Adam Riess

以下为Adam  Riess发言实录：

Adam  Riess：好的，非常荣幸来到这边给大家作报告，非常感谢主办方的邀请，今天我给大家讲一个非常有意思的故事，那就是通过对于超新星的观察，让我们认识到宇宙不仅在扩张、在膨胀，而且扩张速度越来越快，而且加速膨胀，就是因为一种新的物质，就是暗能量。

讲到宇宙，最开始它是来自于最初的大爆炸。我们看这样一个短篇，现在宇宙正在扩张、正在膨胀了。宇宙最开始通过大爆炸开始膨胀，各星系之间的距离越来越大，但是我们如何知道这个宇宙是在膨胀呢？为了了解这样一个事实，我们就需要测算星系之间的距离，然后来看一下星系之间是否距离是在越来越远？天文学家是怎么做的呢？我们首先找到标准烛光的天体，什么是标准烛光呢，它的亮度是理解的，我们最喜欢的标准烛光是超新星，这种超新星离我们越远亮度越低，所以可以通过标准烛光的亮度判断离我们的距离。而且由于空间的扩张，光子从超新星照向地球的时候，由于空间在扩张，那么它的波长也会被拉长，波长拉长之后就偏向光谱的红端，我们叫做光谱红移，所以通过观察亮度和红移就可以判断距离，我们由此得到结论宇宙在膨胀，从这张幻灯片上可以看出宇宙在膨胀。

这样可以看出膨胀的速度，换句话说就是星系离我们远离的速度，这张图可以看出星系速度的衡量。实际上我们可以看到外星系离我们的速度是相关性的，如果我们从一个时间的角度来看的话，右上角就告诉我们这个宇宙现在并不是展出现在膨胀的速度，而是几十亿年前膨胀的速度。我们可以判断出宇宙膨胀的速度现在和几十亿年前是不一样的，宇宙的膨胀究竟是在加速还是在减速呢？你就可以对于古老的星系或者是天体发射出来的光传输到地球上来判断出宇宙现在是在加速膨胀还是减速膨胀，在宇宙中有着大量的星系。星系之间存在着这种引力，相互之间相互吸引，你可能会觉得宇宙膨胀的速度是在减速吧，因为存在引力，就像是发射火箭一样，地球的引力会让火箭逐渐落回地球。但是爱因斯坦在研究引力的时候，他当时有误解，他认为宇宙在静止，既不扩张也不收缩，所以他总是想找到解释的理由，既然宇宙在静止，究竟什么样的力量可以组织引力相互吸引呢？他就研究了引力。他发现物质之间有着相互的引力，但是空间之间存在另外一种力，他叫排斥力，他叫宇宙常数，现在管这种力叫暗能量。正是因为宇宙和暗能量可以实现碰横。十年之后他发现宇宙在膨胀，他就推翻了自己原来的理论。

到了九十年代，所有的物理学家和天文学家都认为宇宙的膨胀速度在减慢。我们要问的问题就是究竟减慢的程度是多少，会不会停下来，之后开始逐渐收缩，就像左边的模型一样，宇宙逐渐收缩形成大的内线，虽然在减速，但是膨胀的速度会越来越慢，但是膨胀会继续下去。我们通过超新星的观察，发现宇宙在历史上的膨胀轨迹，我们通过大的望远镜对天空进行拍照，大概每一个月把这些照片进行一个比对，看看在照片上是否出现超新星，然后再评估超新星的亮度和红移的程度，判断超新星离我们的距离以及宇宙的膨胀究竟在加速还是减速。

结论让我们大吃一惊，宇宙的膨胀并不是在减速，宇宙的膨胀是在加速，这让所有人都没有讲到，这是当年科学杂志评选出来的一个发现，宇宙在加速膨胀。爱因斯坦知道肯定也是大吃一惊，为什么宇宙在加速膨胀呢？这是科学界最有意思的一个现象了，我们不知道原因是什么，我们有一个最基本的解释和理论。回到爱因斯坦理论，太空不是真的空，在空间中仍然有着所谓的能量，量子物理管它叫做零能量，这些能量加在一起会让宇宙加速膨胀。当然了，这样一种理念和我们所看到的总是存在差距。另外有人认为在宇宙中存在一种场，正是这种场的能量，就像是前面讲的宇宙常数一样，场的能量是暂时的，会发生变化。换一种可能性，我们对于引力的可能并不完全正确，爱因斯坦和牛顿都认为他的引力定律是正确的，但是如果我们看大的场景，可能引力定律要调整，所以这几种可能性都存在，我们也在做大量新的研究，比如通过哈佛望远镜，NASA也看向更远的超新星，还有各种各样的技术都在使用，所有的技术都证明宇宙在加速膨胀，这就是现在所处的现状。

宇宙是由什么组成的呢？我们在人类对宇宙了解的历史让得出这样的结论，我们终于知道宇宙是由什么组成的的了，0.05%是行星组成，0.5%是恒星组成，5%是由气组成的，而大量的宇宙的组成部分其实都是我们所不了解的，95%的宇宙都是由要么就是暗物质要么就是暗能量所组成的，这是我们完全不理解的。究竟什么是暗物质？可能是粒子，但是我们不知道，还没有发现。还有暗能量，暗能量占到70%，暗能量相对于暗物质更加神秘。所以欧洲航天局和美国航天局在打造太空望远镜，希望未来十年发射升空研究暗能量，看看暗能量如何影响宇宙。通过这样的研究看看前面说的三种可能性哪个正确，究竟是真空能量，还是引力反作用还是引力本身，希望未来十年可以得出答案，我们相信我们有很多研究的机会。

最后跟大家讲我们为什么要研究暗能量？首先宇宙中的70%都是由暗能量组成的，所以你说如果你不理解暗能量怎么会理解宇宙呢？另外通过研究暗能量可以更好理解宇宙的命运和起源，我们总是对这个感兴趣。最令人激动的一点是我们现在在物理学中有量子力学、广义相对论各种各样的理论，这两个理论并不能完全统一，我们总是区别对待。我们希望找到统一的理论，把这两个理论结合在一起。通过理解暗能量就可以找到这两个理论的交叉点，通过理解暗能量我们希望把两个理论统一起来，在这方面我们希望未来十年可以取得一些进展，我觉得全球合作在暗能力研究方面有很多机会，暗能量研究有很多方法，暗能量也是科学界乐得大问题。我就讲这么多，谢谢大家。   

我觉得全球的合作在研究暗能量方面有着很大的机会，因为研究暗能量有很多很多的方法，而且暗能量也是科学界定一个大问题。我就讲这么多。谢谢大家！