加速中的宇宙

直到最近，天文学家都相信宇宙是处在一个减速膨胀的状态中。唯一的问题是这一减速是否会终止宇宙的膨胀。但在1997年，两组天文学家一系列的独立观测结果完全改变了这种看法。

这些天文学家当时正在研究遥远宇宙中的超新星爆炸。这些天体爆发的短期能量闪光有着太阳10亿倍的亮度，并因此成为了天文学家在最大尺度上研究宇宙的信标。这是因为当超新星的光穿越空间时，它受到了宇宙膨胀带来的红移的影响。测量到的红移能够与理论预测的红移相比较。例如，期望中的宇宙的减速会与时空连续体在任意大尺度上的弯曲一样，将在超新星的光中留下明显的印记。通过这种方法，天文学家能够利用这些测量结果确定宇宙是开放的、平坦的，还是闭合的。1997年的数据与之前所期望的都不相符。

他们所观测的超新星是白矮星从红巨星伴星上累积物质并爆发的一类。基于对其他超新星的观测，天文学家能够确定这些爆炸的实际亮度。这一知识使他们能够与它呈现出的亮度相比较，并由此计算它的距离，计算是基于光随着传输的距离而减弱这一事实的。在这之后他们就能够通过红移检验他们对距离的判定，因为天体在宇宙中越远，它发生的红移也就越大。

←宇宙的膨胀速率在大爆炸以后变化了很多。最初，膨胀减速，正如大多数科学家认为应当的那样——因为引力作用。但是后来，一种新的力起主导作用并使宇宙加速。

→将距离和遥远超新星的亮度标注在一张图上可以看出，标准宇宙膨胀理论与数据并不相符。尽管差异很小，但这在统计上十分重要，而且这只与假设宇宙正在加速膨胀这一情况相一致。

当两组天文学家都通过从多颗超新星上得到的数据计算时，他们发现超新星比期望的亮度要暗25%。这一现象只能通过宇宙在爆炸后加速膨胀来解释。这些超新星位于50亿光年之外，因此它们在50亿光年之前爆炸，而它们发出的光从那时起就在宇宙中传播，直到被发现。解释宇宙正在加速的唯一途径就是它包含有一种名为真空能的奇特能量：产生的物质只能导致吸引，因此只能使宇宙减速，但真空能有着相反的效应。宇宙学家在他们关于早期宇宙的理论中利用真空能这一概念来解释膨胀。爱因斯坦在他的广义相对论等式中引入了一个条件，允许了真空能的存在，它被称为宇宙常数，但之后又被爱因斯坦所放弃，并称这是自己的“最大失误”。

↑哈勃太空望远镜在跟踪研究加速中的宇宙所需的遥远超新星上是有所帮助的。这里，相差两年拍摄的两幅图片中的差异揭示了一颗遥远超新星的存在。

↓NASA将利用他们的新空间探测器——微波各向异性探测器（MAP）研究微波背景辐射，试图找到宇宙加速的新线索。在2007年，欧洲航天总署发射了一个名为普朗克的更为敏感的探测器。

对超新星爆炸的观测结果暗示了宇宙正在加速这一事实，但看起来在整个时间和整个宇宙中应用一个简单的常量来表示并不是解释所发生一切的最好方式。真空的能量看起来已经通过这一方式随时间发生了变化：开始膨胀后，宇宙处在减速膨胀的过程中，但在大约60亿或70亿年前，宇宙发生了改变，真空能成为导致宇宙加速的主要因素。天文学家称真空能的这一时间变量为“第五元素”。