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慊嵴业皆级蹇帕炼雀崭湛荚黾拥某滦恰Ｈ缓螅腔嵊玫孛婧吞胀毒道锤俪滦堑牧炼缺浠鄄焖牧炼却锏椒逯担缓蠡芈涞奖⑶暗乃剑币苍诩嗖獬滦茄丈谋浠ㄍ�12。2）。值得注意的是，他们看到的光变曲线形状跟地球附近相同类型超新星的光变曲线形状很相似，这就让观测者们充满了信心。他们相信，在可见宇宙的边缘发现的那些超新星在本质上是一样的，它们的亮度相对暗淡完全是因为它们太远了。
图12。2 Ia型超新星的光变曲线。超新星的视亮度先是达到最大，然后再缓缓回落到爆发之前的水平。在实践中，人们会追踪好几种颜色所对应的光变曲线
当他们把所有的数据放在一起时，两个小组就得到了同一个结论。哈勃定律的曲线，也就是描述遥远超新星的退行速度同它们的距离之间的变化关系的曲线向上弯了（图12。3）。宇宙在加速膨胀。随着观测数据的日益积累，两个小组用不同的分析技术对不同的数据进行了仔细的研究，又对于其中所有关于标准烛光及其传播空间的假设进行了细致入微的检查，最终这个发现于1998年1月发表，并成为天文学研究有史以来最火爆的热点。
图12。3 退行速度随距离变化的哈勃定律，其中包含了最近的超新星观测数据。这张图说明退行速度随距离变化规律的最佳拟合结果为，哈勃常数等于72千米每秒每百万秒差距
不合常理的宇宙
我们不得不学着理解这个毫无魅力的宇宙，因为我们别无选择……如果没有这么多事实摆在我的面前，你还要跟我讨论这种宇宙的话，要么我会问你是不是嗑过药了，要么我会叫你不要再胡扯了。
——约翰·巴赫恰勒（John Bahcall，1934～2005，美国天文学家）
超新星的观测结果棒极了。这是第一个关于宇宙加速膨胀的直接证据。它非常精确地验证了Lambda…CDM模型的预言，同时也证明了暴胀模型预言的宇宙最初时刻的反引力加速膨胀是可以存在的。关于观测到的加速膨胀，最简单的模型解释得非常成功。如果我们重新拾起爱因斯坦抛弃的宇宙学常数，作为一种产生反引力效应的机制，并假设宇宙的膨胀速率像暴胀所预言的那样，非常接近临界值的话，那么我们就得到了勒梅特曾经提出的一个模型（我们在图 3。13 中见过），而且这个模型与观测结果非常符合。
尽管向爱因斯坦方程组中引入一个小小的宇宙学常数就能出色地解释观测数据，宇宙学家还是觉得事情可能没这么简单。宇宙中可能存在一些反引力的奇异压力，比如那些被认为能够驱动宇宙早期发生暴胀的机制。因此，“暗能量”一词被用来描述这种神秘的能量来源。暗能量的密度可能保持不变（这时它就像宇宙学常数），也可能随着时间变化，最终产生的效应与真正的宇宙学常数在近期历史中的效应类似。值得注意的是，为了符合观测的结果，我们必须要求宇宙中 72％的能量以这种神秘的暗能量形式存在，另外28％的能量才以物质的形式存在。在28％的物质中，只有4％是普通物质，另外24％是某种不是原子物质的冷暗物质。人们还不确定暗物质究竟是什么，不过可能是一种新型的中微子，也许很快就会被欧洲核子研究中心的大型强子对撞机发现（图12。4）。
在过去的十几年中，随着众多间接证据的进一步发现，宇宙加速膨胀的结论得到了越来越多的支持，对驱动加速膨胀所需的暗能量在总能量中所占比例的估计也更为明确。关于遍布宇宙中的微波背景辐射中存在的微小涨落，也不断有各种卫星携带的和地面上的望远镜对此进行了更细致的观测。膨胀的加速会改变回望宇宙时所看到的几何形态（观察过去某个特定时刻的事物时，就会比你设想的更小），于是我们就需要根据观测结果来限制这种变化发生的程度。这也就限制了宇宙所能包含的暗能量和暗物质的总量。最近，第三个限制条件也被人们发现了。宇宙物质密度的涨落最终导致星系和星系团的形成，而在宇宙以辐射为主的时期，这种涨落就应该表现为强烈声波的形式。当宇宙的温度下降到大约三千度时，电子就不再跟辐射发生碰撞了，强烈声波的传播速度也就因此急剧下降。但这些声波还保留着它们刚产生时的尺寸。因此，宇宙中物质的结团模式也应该体现出一些微小的涟漪，在超过 120百万秒差距的尺度上存在一个额外的强烈特征，这就是声波的遗迹。这种效应被冠以一个不雅观的名字“重子声学振荡”（baryon acoustic oscillation，简称 BAO），因为普通物质的原子核是由质子和中子组成的（占总能量的5％），而重子就是这类物质的统称。当天文学观测对准过去某个特定时期的星系时，以上机制就会告诉我们关于星系尺寸的更多信息。如果将超新星、微波背景辐射和声学振荡的观测结果放在一起看，我们就会发现它们是惊人地一致。这些观测数据的不确定性和确定性恰巧可以相互弥补，所以综合考虑之后，这些观测结果就大大缩小了各种可能性的取值范围。图12。5所示意的结果很明确，其中不确定性的范围（每组数据中由大到小的三个椭圆分别表示正确结果落入其中的概率为99。7％、95％和68％）被不同数据的综合分析大大缩小了。
图12。4 宇宙各种物质成分的饼状图。参与引力相互作用的“暗能量”所占的比例最大，它导致宇宙最近开始加速膨胀。其余的部分是暗物质和发光物质。组成暗物质的很可能是某种新型的弱相互作用粒子，很像我们熟知的中微子，不过暗物质粒子的质量要大得多。我们希望在日内瓦运行的大型强子对撞机实验能够证实暗物质的存在，并且能够在地下探测器中直接探测到它们的到来
图12。5 图中显示了暗能量占宇宙总能量的比例ΩΛ和暗物质、发光物质等其他物质所占的比例Ωm。超新星的所有观测结果（SNe）、微波背景辐射的涨落（CMB）和物质分布的重子声学振荡效应（BAO）都对宇宙的组成施加了限制。三种明暗不同的区域分别表示 68％（最暗的）、95％（亮度居中的）和99。7％（最亮的）统计置信度。重叠的区域表示暗能量占宇宙总能量的72％，如图12。4所示
垂直的坐标轴表示宇宙中暗能量所占的比例，水平的坐标轴表示其他物质所占的比例。所有数据重叠的狭小区域，对应两种组分的比例分别大致为0。72和0。28。＇8＇同时，这些数据也集中在曲率接近零的平坦宇宙的范围里，而宇宙空间的平坦性正是我们期望从暴胀中得到的结果。
这个图景是基于一个假设，即暗能量就是爱因斯坦的宇宙学常数。这意味着暗能量的密度始终保持不变，垂直坐标轴则给出了暗能量密度占宇宙总能量密度的比例的可能取值范围。但是暗能量可能比我们预计的更奇特，就像其他形式的物质一样，它的密度会随着时间的流逝而略微有些变化。发生这种情况的条件是，暗能量的压强与其能量密度的比值＇9＇不等于…1。当这个比值w等于…1时，暗能量就恒定不变，与宇宙学常数的行为一模一样，如图 12。6所示。如果这个比值偏离了…1，暗能量就一定会随着时间缓慢变化。假设我们不排除这样的可能，并再一次利用我们全部的数据，看看所有数据在68％、95％和99。7％的置信度下的重叠区域。垂直坐标表示压强和密度的比值w，水平坐标表示除暗能量以外其他物质占宇宙总能量的比例。如果暗能量就是宇宙学常数的初始假设成立，所有数据都应该汇聚到w等于…1且物质比例为0。28的那一点上。
目前，人们对全部数据的最优估计是，暗能量的压强与能量的比值有 95％的概率位于…1。097和…0。986之间。最简单的情况是 w=…1的宇宙学常数模型，并且现有的数据非常有力地支持了这个模型。于是人们经常假设暗能量就是这种简单的常数。
从许多细节问题来看，我们今天所面临的处境都非常简单，但从总体上看又变得神秘莫测。可见宇宙，可能是无限的多重宇宙的一个无穷小部分，正在加速膨胀。它所遵循的演化路径正好符合乔治·勒梅特在1934年提出的简单模型。＇10＇空间的几何非常接近平坦的欧几里得几何，而且宇宙似乎正在驶向永远膨胀的结局。想要很好地描述加速膨胀，仅仅加入一个宇宙学常数就行了。爱因斯坦最先引入了宇宙学常数，后来又抛弃了它；然后在1934年，勒梅特又第一个将它重拾了起来。现在我们将宇宙学常数理解为宇宙的真空能。从数据中得到的最佳拟合结果是，宇宙能量密度的 72％是由这种产生排斥性引力的真空形式组成的，而剩下的 28％是由产生引力的暗物质和发光物质组成的。一个简单的数学公式可以描述宇宙的膨胀速率是如何随时间变化的。＇11＇我们在图3。13中见到过这种独特的形式。宇宙早期的膨胀行为不受真空能的影响，因为当时真空能的大小可以忽略不计。随着时间的推移，宇宙逐渐开始转型，当它的尺寸只有今天的 57％时，它就开始从减速膨胀变为加速膨胀。不久以后，其他物质的能量密度下降到比真空的能量密度还低，此时宇宙的尺寸大约是现在的73％，大概发生在45亿年前——非常接近地球形成的时间，尽管没有人指出这不应该仅仅是个巧合。＇12＇
图12。6 超新星观测数据（SN）、微波背景辐射的涨落（CMB）和重子声学振荡效应（BAO）对暗能量的压强与能量密度的比值w以及其他物质占宇宙总能量的比例Ωm所施加的限制
加速膨胀的宇宙将会迎来什么样的命运？这是其中最引人注目的一个问题。1986年，弗兰克·梯普勒和我证明，在未来某一天，无论是何种形式的计算机或“大脑”，任何信息的处理过程最终都会停下来。恒星和星