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即便是布尔拜实验，或是其他的暗物质实验找到了行踪飘忽不定的中性伴随子，我们也只是知道了使宇宙平滑所需的所有物质的30%。到20世纪90年代中期，通过对比模拟星系集群与真正的宇宙图，我们已经弄清楚，聚集在一起形成像星系一样天体的物质，有可能不超过宇宙呈平坦状态所需密度的30%物质（重子或其他粒子），而且，宇宙暴涨理论也明确要求宇宙必须是平坦的。在任何一种情况下，正如我们在第三章所探讨的，许多宇宙学家长期以来就感到，宇宙必须是平坦的，因为任何偏离平坦的状态，都会随着宇宙在大爆炸之后出现指数级的膨胀。在20世纪60年代，我还是个学生的时候，这一论点令我印象尤其深刻。任何人，只要赞同这一看法，就不得不自动地承认，宇宙另外的其他百分之七十必须是一种拥有完全统一形式的不成团的东西，它对星系的形成没有什么大的影响，因为它没有“凹陷”，不过它确实对时空结构产生了影响。令这些宇宙学家高兴的是，爱因斯坦早在1917年就发现了完全符合这些条件的东西——尽管他是因为错误的原因而发现它的，而且他在后来又彻底放弃了这个发现。
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爱因斯坦于1916年完成了广义相对论。这一理论描述的是空间和时间之间通过引力进行相互作用的问题。该理论一完成，他所做的第一件事就是用它来对涉及物质、空间和时间的最大对象——宇宙——进行数学描述。42这些都发生在1917年，当时许多科学家仍认为我们的银河系就是整个宇宙，而当时被称为星云的暗弱光斑还没有被确定为是银河系以外的其他星系。当时人们一致的看法是宇宙从根本上讲是静态的、不变的——个别的恒星可能会诞生，度过自身的生命周期然后死亡（如森林中的每一棵树），但银河系这整个“森林”将永远保持大致相同的整体外观。爱因斯坦立即就碰了钉子。广义相对论方程最简单的形式不允许有任何存在静态宇宙的可能性。广义相对论的方程所描述的是不断扩大的宇宙，在这个模型中，引力的作用是使扩张缓慢减速；此外，还有一个坍缩的宇宙模型，其中重力的作用是加速崩溃。但是这些方程无法描述处于这两个情景之间的“刀口之上”的宇宙。拥有这样一个稳态宇宙的惟一办法，是假设宇宙中存在一种对抗引力的力，这种力将抵消掉引力的作用，使宇宙中的一切都悬在那里，处于膨胀和坍缩之间的刀口之上。但是只需给方程中加入一个极微小的协调量（爱因斯坦称之为宇宙常数）就会使平衡变得可能。43虽然爱因斯坦从来没有这样说过，但宇宙常数实际上是一种反引力，或反引力场，充斥了整个宇宙。方程中显示的数字原则上讲可以是任何值，只要它不变就行，爱因斯坦用希腊字母拉姆“达”（λ）为其命名。但是要想让宇宙模型呈现为静态的，λ只能有一个特殊的值。
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但是爱因斯坦为方程式加入宇宙常数还不到十年，美国天文学家埃德温·哈勃（Edwin Hubble）就已经证明在银河系之外还有其他的星系。到20世纪30年代初，哈勃与米尔顿·赫马森（Milton Humason）合作，根据这些河外星系的红移现象，发现宇宙在膨胀。很显然，宇宙不是静态的。爱因斯坦得知后立即就放弃了宇宙常数，不过从那以来，一直还有一些宇宙学家对数学而不是对数学方程式是否准确描述了我们生活在其中的宇宙这一事实更感兴趣。他们继续研究方程的不同变化形式。
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像所有的场一样，λ场也具有能量，而能量和质量转换可以扭曲时空。因此，λ场有助于让时空变得平坦，同时还起到反引力的作用，或是让宇宙膨胀得更快。到20世纪90年代中期，科学家发现，为了使他们的模拟能与真正的宇宙相匹配，他们模型的构成需要满足这些条件：重子占4%，冷暗物质占26%，此外还有70%别的平坦的东西。此时，上述想法开始伺机而动。如果这所谓的“别的东西”是λ场，那么模拟结果就能完美匹配所观察的宇宙，此外一切也都能纳入广义相对论的框架。该模型被称为“λ冷暗物质模型”（λCDM），被认为是一个巨大的成功，至少专家们都是这么看的。对于重拾爱因斯坦已经抛弃的想法是否合适，有些人持有疑虑。另外，在酷爱模型的人之外，一些天文学家还不太确定模型的建立过程究竟有多精确。而且所有这一切还引出一个奇怪的，但有趣的预言——它奇怪之极，弄得很少有人讨论它。如果确实存在一个λ场充满了我们的宇宙，其总能量相当于重子和冷暗物质能量总和的两倍，那么它的斥力作用在可观测到的宇宙边缘应该有显著的效果——随着宇宙年龄增加，它应当使宇宙膨胀速度加快，因为其反引力效应应该开始超过引力，占主导地位。
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问题是，宇宙常数就是这样——它是不变的。另外，它还非常小。但是，重力服从平方反比定律，距离越远，引力也越来越弱。当宇宙还年轻的时候，物质比现在更紧密地挤在一起，当时引力非常强大，超过了λ的力。但是，随着宇宙膨胀，密度变小，引力的作用稳步变弱，直到变得比λ力还弱。从那个时候开始，重力无法再减缓宇宙的膨胀，λ力开始起作用，加快宇宙的膨胀。但是，起初几乎没有人对λ冷暗物质模型的这一含义多加思考，而且对来自完全不同背景，以及钟爱不同星系模型的科学家来说，这一含义根本没有进入他们的头脑。20世纪90年代末，这些人都在试图测量极其遥远的超新星爆炸的距离。
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试图通过测量宇宙中越来越遥远物体的距离来拓展整个宇宙的规模，这一光荣传统可追溯到哈勃本人。正是哈勃发现了某个星系发出的光产生的红移，与它跟我们之间的距离成正比——但是为了发现这一点，他需要使用各种其他技术，测量相对较近的星系的距离。对宇宙星际距离进行校准非常困难，因为更遥远的星系的光芒也更暗，研究起来很困难。该项目直到20世纪90年代末才真正完成，所观测的星系也远远超过了哈勃所能观测到的任何星系。而研究者所使用的工具则是以他的名字命名的“哈勃太空望远镜”。这里还存在另一微妙之处。所谓的“哈勃定律”的最简单的形式，只适用于以不到光速三分之一的速度离我们远去的星系，其相对的红移是0.3。
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对于较小的红移，这种变化可以被看作是星系离开速度除以光速——因此红移值为0.1，也就意味着该星系是在以光速的十分之一远去。但是，红移为1并不意味着该星系是以光速在退离，因为红移关系实际上是非线性的。正如我们在前面提到的，哈勃没有注意到这一点，因为他的观测所能看到的红移现象，只相当于光速的百分之几。我们可以用广义相对论计算出红移与距离的确切关系（爱因斯坦在引入宇宙常数的时候，忽视了广义相对论的这一预言功能），这种计算可以考虑到两者之间存在的非线性关系。严格地说，非线性适用于所有的红移，但是对于较小的红移来说，需要做的更正极小，基本上无需考虑。依照非线性关系，红移为2对应的退离速度为光速的80%（而不是光速的两倍！），而红移为4对应的则“仅仅”是光速的92%。要想让退离速度达到光速，那么红移的值就必须是无限大。正如我们已经提到的，微波背景辐射的红移约为1000，这意味着从线性角度衡量，宇宙现在的尺寸比该辐射发出的时候（即大爆炸几十万年后）大1000倍。
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测量那些距离可以用其他方式来确定的远距离物体的红移，成了科学家永无止境的追求。20世纪90年代，许多天文学研究小组开始利用最新的望远镜技术研究被称为超新星的恒星爆炸所发出的光。超新星是人们见过的普通恒星发出的最大规模的爆发。这一切发生在一些恒星的生命即将结束的时候，那时恒星会坍缩，释放出巨大的引力能，这种能力转换成光以及其他辐射，将恒星打碎。在一个短暂的时间内，一个单一的恒星以这种方式爆炸，释放出的能量相当于整个银河系内所有的恒星释放的能量（它所发出的光会超过一千亿颗太阳），因此，这些明亮的“灯塔”在宇宙很远的地方都能看到。超新星有几种不同类型，但是对附近星系的这些恒星爆炸（其距离已经众所周知）所作的研究表明，其中的一种称作SNiA（名字来自“SuPernovaiA”）的超新星的峰值亮度总是相同。这意味着，如果这类超新星爆发出现在一个非常遥远的星系，那么可以对比其目视亮度和本征亮度，计算出它的距离。然后，将这一直接测量出的距离与红移进行对比，校准非常遥远的天体的距离尺度——在这种情况下，“非常遥远”对应红移值大约为1的情况（当宇宙还只有其目前的一半大小的时候），不过，创纪录的星系的红移值是惊人的10。
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进行了这些观测之后，研究人员发现，SNiA超新星红移值很高的时候，其亮度比按照广义相对论计算出的它们“应该”有的亮度略暗。对此，其中的一种解释是，这些超新星所处的星系实际上都比根据广义相对论计算出的距离更远一点。但是，要想让观测结果与计算结果相符，只需对广义相对论作一简单的调整。新增很小的一个宇宙常数，将使宇宙膨胀得快一点，这样就使这些星系在宇宙大爆炸之后运行到离我们更远一些的地方了。换言之，宇宙的膨胀正在加速。
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宇宙膨胀加速这一发现成了1998年的头条新闻（《科学》杂志称赞它是“年度突破”），许多报道（甚至包括科学期刊）都暗示宇宙学撞了南墙，并说宇宙学家对此倍感困惑。许多宇宙学家只是把这当作新闻来看，他们一直都在试图找到为何宇宙的百分之七十都不见踪影的解释，对他们来说，重新启用宇宙常数只不过是解决难题的最简单的办法。毕竟，从爱因斯坦时代起，宇宙常数的概念就被提出了，并且所有著名的宇宙学教科书都探讨过它。问题是，如同物理学的任何领域一样，λ场包含能量，能量可以转换为质量，而恰当的宇宙常数正是使宇宙保持平坦所需要的。可是了不起的是，为了解释超新星观测中所发现的高红移，我们需要一个同样的宇宙常数的值。至少对我来说，这件事真正令人惊讶的地方在于，竟然有这么多的天文学家对自己学科的历史竟然如此无知（即使是最晚近的历史！）。在相当长的一段时间内（近5年的时间，当然了，与宇宙的年龄相比这不算长），大家竟然都没有意识到问题的所有方面是多么的巧合，即使这确实要求我们对宇宙的本质和最终命运进行重新思考。
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当然，我对此是有一点苛刻。尽管两个相当独立的研究发现了同样的效果，在其他可能的解释得到验证以及独立的支持性证据出现之前，天文学家对高红移超新星的结果持怀疑态度是正确的。举例来说，遥远的超新星之所以看起来昏暗，可能是因为受到了灰尘的遮挡，或者是由于在宇宙还年轻的时候超新星爆炸发出的亮度没那么大（这里要记住高红移对应更久远的过去）。现在这些可能性都已被排除在外，这主要是由于超新星的研究引起了科学家浓厚的兴趣。宇宙中百分之七十的物质实际上以所谓的“暗能量”的形式存在，它还导致了宇宙的膨胀在加速，关于这两点的证据还包括了大尺度中星系运动方式的研究，利用卫星研究我们已经讨论过的微波背景辐射，44此外还有一种技术也妙不可言，该技术观测微波辐射穿过由于星系团的存在而产生的太空中的凹痕，就像光通过一个玻璃透镜发出一样。将这种辐射波长上的微小变化与不经过凹陷到达我们这里的背景辐射进行对比，我们发现，即便是在星系团中，这些凹陷也要比没有轻微的反引力作用的情况下的要浅。此外还有一个对红移为1.76的iA类超新星的观测结果符合对宇宙膨胀加速的预测，但不符合其他的解释，如灰尘的影响等。这一观测（希望这是许多个即将被观测到的这种红移里的第一个）恰好符合这种观点：宇宙的膨胀在宇宙大爆炸之后40到50亿年内减缓了，然后又开始加快。45表明使宇宙变得平坦的原因实际上主要是暗能量，这样的证据已经不容置疑。这就要求我们回答什么是暗能量。
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最简单和最自然的猜测是，它确实是爱因斯坦提出的宇宙常数——但迄今为止，这只是一个有思想的人所做的猜测。λ场如果确实存在，它最重要的特点就是它确实是不变的，而且从宇宙大爆炸以来就具有同样的力。换言之，因为宇宙常数是空间本身的一个属性，虽然宇宙在膨胀，但在每立方厘米的空间中这样的暗能量的值保持不变，而物质密度（不论是“明”物质还是暗物质）则随宇宙膨胀而下降。在大爆炸的火球中，当物质密度相当于现在原子核的密度时，宇宙常数对宇宙膨胀的影响微不足道。在数十亿年的时间里，占主导地位的影响是物质的引力，它所起的作用是减缓宇宙的膨胀速度。但是，随着时间的推移，这种效应逐渐变弱，但是伴随λ场的宇宙斥力却保持不变。如今，物质的密度已经稀薄到只有λ场密度的一半了，λ场刚刚开始（几十亿年前）变成膨胀过程的占主导地位的因素，超过了物质引力的影响，加速宇宙的膨胀。这是一个非常有趣的，而且有可能意义重大的事件（我们稍后会回到这个问题上），我们恰好处于宇宙整个生命的惟一时刻，可以注意到一些现象，表明物质和暗能量处于大致平衡状态。
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现在要想使宇宙平坦所需要的密度，平均到整个宇宙，大约是10-29克每立方厘米。这相当于如果原子都分散均匀的话，在每立方米的空间中有5个氢原子。但是物质（包括明的和暗的）是集结成团块状的，密度比这要大得多，因此留下了密度很低的空白区域。然而λ场与此相反，它是均匀散布在宇宙中的，所以每立方厘米包含的能量略低于10-29克，包括那些“空”的空间中也一样。暗能量是如此之小，几乎不可能在实验室中侦测到，而且完全无法用作人类文明的一个潜在的能源来源——整个地球包含的暗能量也只够提供某个美国公民在2005年的年平均电力消耗。在整个太阳系这么巨大的范围内，所有的暗能量加起来，也只相当于太阳本身在短短3个小时内辐射出的能量。但是，由于这种暗能量填满了宇宙的每立方厘米，它现在在大尺度上主导了宇宙的行为。46
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除了宇宙常数的概念之外，还有一种概念受到一些天文学家和粒子物理学家的关注。这有可能是某种形式的暗能量，但却不是常数。所有这些暗能量的候选者都被称为“第五元素”（quin-tessence），因为它所涉及的场将是物理学所发现的第五种场力，其他四种是重力、电磁，以及强和弱核力。47第五元素最重要的特点是，它一直都和物质保持了大致相同的密度，并随宇宙的膨胀，与物质的密度同样逐步减小，所以，它在宇宙大爆炸时的作用和现在一样重要（相对于物质），而且，我们所生活的时代，物质和暗能量有大致相同的密度，这并不是一个巧合。可是，为什么物质和暗能量会有大致相同的密度呢？
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对粒子物理学家来说，想出一种新的场并找到数学方程来描述它们，并没有什么困难。只是当他们尝试将假想与现实进行匹配的时候困难才会出现。写下一套方程，描述一个“新”的量子场，让它充满整个宇宙，并起到一种压缩弹簧的作用，将宇宙向外推，这没什么难的。还有一个更狡猾的观点试图解释为什么我们生活的时代正好是宇宙膨胀开始加快的时候，这种观点称为“跟踪”场。当宇宙还被辐射主宰时，跟踪场会跟踪辐射的行为，该场本身的能量密度和辐射的能量密度的下降率相同。但是，当宇宙成为被物质主导之后，正如我们所描述的那样，跟踪场开始转而跟踪物质密度的不断变化。在此图景中，行星和恒星的形成是因为物质成为宇宙的主导而引发的，而且假如属性选择合适的话，在物质主导之后，跟踪场的反引力方面开始变得重要起来。因此，生活在行星上的人类毫不奇怪地生活在宇宙加速扩张的早期。
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但这里关键的说法是“属性选择合适”。跟踪场以及第五元素的其他理论的自由度太高，要想挑选合适的属性并不容易。以物理学家的行话说，就是有太多的自由参数，你可以使它适合任何情况。因此整个事情错综复杂、人为斧凿痕迹浓厚，而且难以让人信服。M理论专家提出的建议也会遇到类似的难题，虽然这一理论的其他方面还都很吸引人。他们所提出的模型中，不是反引力在加速宇宙的膨胀，而是引力本身（以引力子的形式）随着时间的推移，有越来越多的引力子泄露到我们的“膜”之外，使我们的宇宙对遥远星系的引力渐渐减弱。相比之下，宇宙常数是爱因斯坦的广义相对论中一种简单而且自然（有人会说也是不可避免的）的一部分。在广义相对论方程中，惟一的自由参数是λ场的能量密度，选择正确就能与观察到的宇宙膨胀加速和时空的平坦相匹配。关键的难题是，为什么λ场的能量密度这么小？
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根据量子场论，要想解释为什么“空”的空间会包含能量并不是什么问题。难处在于如何解释它为什么不包含更多的能量。这种能量称作“真空能量”，在大统一理论和超对称性的背景下会自然产生。这些理论从未说过真空的能量必须为零，只是说它的能量必须是相同的，不管在什么地方。我们可以用高山湖泊来打一个比方。这就好像是说，理论指出湖面必须是平坦的，但是它并不一定与海平面持平，也不是必须处在任何特定的海拔高度。现在的问题是，“自然”的能量尺度对于解释平坦宇宙所需要的能量密度来讲过大了。例如，与量子引力伴随的这种真空能量，其能量密度为10108电子伏特单位。电子伏特是粒子物理学家常用的一个单位。正是这种真空能量推动了宇宙膨胀，直到今天依然在起作用，只不过强度大大降低了。一些宇宙学家认为现在的宇宙的确是在经历一种较弱形式的膨胀——这种看法听起来让人觉得很聪明，甚至有可能也是实情，但实际上对我们的理解却并没有任何助益。如果说它有任何贡献的话，就是它更加强调了现在宇宙的膨胀非常微弱这一令人迷惑的难题。即使是在与大统一理论相匹配的能量级上，其能量密度也只是1096电子伏特，而最小的“自然”真空能量，按照已经被接受的超对称性理论，将只有1044电子伏特。在这些单位中，真空的实际能量密度是10——换言之，即使是最小的“自然”真空能量密度也比观测到的真空能量密度大10-1256倍。
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抛开任何其他的考虑，即使真空能量与超对称性推论出的一样大，其产生的反引力作用也将撕裂物质的宇宙，而不会有任何像星系、恒星和行星等例外现象出现的可能。因此，直到SNiA观测结果出现之前，大多数粒子物理学家都假设存在某种宇宙的能量抑制机制，迫使所有的真空能量都下降到了零，而不留有一丁点儿残余。暗能量密度不是零，但确实非常小，这一事实确实成了让理论家头疼的难题。但是，对于这一问题，还有一个耐人寻味的研究线路，也有可能结出硕果。实际的真空能量大小差不多正合适，符合任何尚未观测到的对称性破缺，其能量相当于千分之几eV——正好是现在已知的中微子的能量。不过，这是迄今为止有可能解决这一问题的一个暗示，但也许机缘巧合，恰恰引导着我们走向了宇宙的深层真相（DeeP Truth）。
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在未来二十年左右的时间里，通过新一代的卫星观测数千颗遥远的超新星，并通过欧洲核子研究中心与布尔拜等地的地面实验，许多这类问题应该得到解决。这种所谓的“新标准宇宙学”，可以概括为五点：
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我们现在生活其中的宇宙来源自早期的一段急速膨胀的时期（暴涨），然后其膨胀速度减慢了下来。
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今天的宇宙是平坦的，膨胀在加速。
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现在宇宙中的不规则现象（星系、恒星和所有其他天体，包括我们人类自己）都是因为暴涨期间的量子涨落造成的。
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宇宙是由大约70%的暗能量和30%的物质构成的。
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宇宙中的物质，非重子暗物质比重子物质多大约7倍，只有10%的重子物质（占总宇宙总质能的0.4%）以明亮的恒星的形式存在。总体而言，中微子和明亮的恒星贡献的质量一样多。
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因此，我们可以回答本章标题提出的问题了。现在，使宇宙结合为一体的主要是暗能量；但是似乎矛盾的一点是，如果宇宙加速膨胀下去，最终也将是暗能量将宇宙炸碎。但是，我们在这一切之中处于什么位置呢？智能生命出现在宇宙加速膨胀时代的早期，难道只是一个巧合？抑或，这一事实告诉了我们一个关于宇宙性质的深层真理？
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