暗能量或許并不存在

20世紀20年代，天文學家認識到宇宙正在遠離我們，星系距我們越遠，離開的速度就越快。從邏輯上講，這個現象暗示著所有東西都曾經是在同一個地方的。這項引出了宇宙大爆炸理論的發現，也是現代宇宙學的開端。

然而在1998年，新一代的天文學家發現，宇宙不僅在膨脹，而且膨脹速度比以前更快。沒人知道是什么原因導致了這種加速膨脹，但不管怎樣，它已經有了一個名字，那就是暗能量。盡管暗能量的性質依然神秘，但通過它造成的影響可以計算出它的數量。就目前可以確定的情況而言，暗能量占宇宙質量的三分之二（所以也就是三分之二的能量，E=mC2）。因此不夸張地說，暗能量是個大事兒。如果你不理解暗能量，你就不能真正理解（物質） 世界。

最近，宇宙學家為了照亮籠罩著暗能量的黑暗，設計了三項實驗——兩家設址在智利，第三家在夏威夷。這些實驗將追溯到幾近宇宙起始的時候，并將衡量星系間以及星系和星系團間的相互關系，其結果的詳細程度將是前所未有的。當實驗完成的時候，哪怕暗能量的性質還沒有得到解決，至少也應該變得更清晰。

以上的三項實驗都是假設暗能量真的存在。不過，宇宙學界一群骨干反對者仍然不相信暗能量。他們不否認那些讓別人得出暗能量假設的觀測結果，但是他們否認得出的結論。對于他們來說，這些實驗倒是提供了一個測試替代理論的機會。

黑暗和黎明

新實驗中最先進的設備是5噸重、5億7千萬像素的暗能量相機，這臺相機去年安裝在了阿塔卡馬沙漠智利境內海拔2200米的賽拉·托洛洛美洲天文臺上。預計該相機將在幾周后投入使用，它將在五年時間的525個夜晚中每晚拍攝400張夜空照片，每張容量為1GB。

這個攝影“馬拉松”，是芝加哥大學的喬舒亞·弗里曼博士領導的“暗能量巡天”計劃的一部分。弗里曼計劃掃描八分之一的天空，仔細研究10萬個星系團，并測量地球與那些星系團中3億個獨立星系的距離。

所有這一切努力，目的都是要考察星系團的大小以及它們的形狀如何隨時間變化，以便可以詳細研究引力和暗能量間的每一次拉鋸。引力具有減緩宇宙膨脹的傾向，會讓星系團變得更緊湊；暗能量具有加速宇宙膨脹的傾向，會讓星系團分散開來。星系團的收縮或膨脹速率顯示出兩股力量的相對強弱。弗里曼博士和他的同事無法跟蹤任意一個星系團的變化，因為他們看到的只是星系團歷史中的一個掠影。但是，觀察許多年齡各異的星系團之間的不同之處，是退而求其次的好辦法。

此前的觀測表明，在宇宙137億年的生命中，有一半以上的時間引力占據上風；一直到了大約60億年前，暗能量才反超引力?！鞍的芰垦蔡臁庇媱澫Ｍ^察遠達100億光年以外的星系團，通過這種簡單的權宜之計來一直回溯100億年，對這段轉變期進行仔細研究。

第二個新實驗是由東京大學物理與數學研究所的村山仁領導的“斯巴魯成像與紅移測量”（SuMIRe）實驗，它定址在夏威夷的一座山頂上。實驗將于明年開始收集數據，方法與暗能量巡天計劃相仿，但要更好。雖然它只觀測十分之一而不是八分之一的天空，但它看得更遠——130億光年而不是100億光年。比起暗能量相機，它還有更多的花招；確切地說，它有一臺積分視場光譜儀，用來計算紅移。

紅移是天文學最重要的信息來源之一，它會告訴你一個星系有多遠。紅移是由多普勒效應引起的，這在地球上也是常見的現象，當警車和救護車向你接近然后遠離的過程中，警笛的音調會發生變化。光也會受到多普勒頻移的影響，因而一個離你遠去的物體發出的光會偏紅（即波長更長）。物體離開的速度越快，紅移就越大。正是這一效應使得那些20世紀20年代的天文學家在埃德溫·哈勃的帶領下得出了宇宙正在膨脹的結論。暗能量相機缺少光學攝譜儀，它不得不依靠其他帶有攝譜儀的望遠鏡為其進行紅移測量。因此，擁有一臺積分視場光譜儀是SuMIRe項目的一個優勢。

第三個實驗是由普林斯頓大學的萊曼·佩治開展的“阿塔卡馬宇宙望遠鏡偏振敏感接收器”（ACTPol）項目。ACTPol與前兩個項目相當不同，它不是觀察來自星系的光，而是研究來自于宇宙微波背景輻射（CMB）的微波。這些微波是宇宙大爆炸后38萬年左右形成的，因此保留了早期宇宙樣貌的印記。

ACTPol項目也在智利，在一座名為塞羅·托哥山的山峰上。測試于2013年7月19日開始。它的目的在于觀察CMB的偏振，當微波從波源穿過中間星系到達地球的時候，偏振的各個部分都將是被顯著扭曲過的。從偏振觀測出發，使用大量統計技巧之后就可以得到引力和暗能量對星系團的蹺蹺板效應（即上文的拉鋸作用，原文直譯為溜溜球效應）的第三個估測。

對于理解宇宙怎樣從一個比電子還小的奇點演化成今天見到的浩瀚空間來說，如果這三項實驗成功完成并且結果一致，那么將是一大進步。理論學家能夠把新的數據放入他們的暗能量模型中，看看能得出什么東西。但其他人也能使用這些數據，而且他們可能會得出不同的結論。

瘋狂到了足以正確嗎

盡管天文學家在爭相解釋宇宙膨脹之謎，一些理論學家卻在試圖說明宇宙膨脹不存在。此類嘗試中的最近一次，剛剛由德國海德堡大學的克里斯托夫·韋特里奇完成。他不但不相信暗能量，也完全不相信宇宙正在膨脹。

在現代宇宙學的背景下，否定宇宙正在膨脹是一種相當嚴重的“異端邪說”。但韋特里奇博士發表于在線資料庫arXiv上的最新論文試圖為這種“邪說”撐腰。

在韋特里奇博士的宇宙圖景中，在其他人看來由宇宙膨脹導致的紅移反而是宇宙質量增加的結果。他推斷，如果原子質量比過去更輕，那么它們那時發出的光將遵守量子力學定律，比它們現在發出的光能量更低。由于能量低的光波長較長，所以天文學家現在觀察它們的時候會認為它發生了紅移。

乍一聽起來這種想法很瘋狂，因為質量守恒的觀點深入到了每一個剛剛達到高中水平的物理學者心中。放棄質量守恒是件很痛苦的事，但是韋特里奇博士的提議漂亮地解決了大爆炸理論中的一個大麻煩，那就是解釋宇宙開始時刻的那一點——被稱為奇點——的無限密度。這是正統理論無法解釋的。

但是，韋特里奇博士的模型還沒有解釋星系團形狀的改變，這種變化是暗能量相機、SuMIRe和ACTPol正在設法搞清楚的事情。但也許有一天，韋特里奇博士的模型可以給出解釋。韋特里奇博士是一個倍受尊敬的物理學家，而他的數學推導也沒有明顯錯誤。此外，他的理論允許出現一種短期的迅速膨脹，這被稱為暴漲。暴漲留下的痕跡已經在CMB中觀察到了。然而，韋特里奇博士認為，暴漲并不是發生在宇宙起始不久之后，因為他認為宇宙沒有起始；相反，一個一直存在的小型靜態宇宙轉變成了一個將會一直存在的大型靜態宇宙——在轉變過程中變得越來越重。因此，沒有奇點存在。

也許這個理論是錯的。正如加拿大一家理論物理學中心——圓周研究院的克里夫·伯吉斯所說的那樣，在暗能量領域，研究者很容易墮落成個個聲稱自己是拿破侖，而堅稱其他人都是冒牌貨，從而變成很愚蠢的一群人。然而理論只有在不違背觀測數據的情況下才能延續下去，當新實驗完成的時候，會有許許多多數據去檢驗那些理論，從而揭曉誰才是真正的拿破侖。因此，最后一句話也許應該用量子理論創始人之一尼爾斯·玻爾的話來結束。他曾經對同事沃爾夫岡·泡利說：“我們一致認為你的理論很瘋狂。令我們產生分歧的問題在于，它是否瘋狂到了足以有一個機會被證明是正確的?！?/p>