目前物理學家和宇宙學家們對于暗能量唯一了解的就是對它仍然一無所知，目前“暗能量”這個名詞所代指的并非一個確切的物理學概念，而是現(xiàn)今宇宙學中最為深刻的難題。

暗能量相機

暗能量相機拍下的棒旋星系NGC 1365的圖像，位于天爐座，距地球600萬光年

1953年，哲學家路德維?！ぞS特根斯坦的代表作《哲學研究》在他去世以后出版，在這部我從來沒有讀懂過的哲學著作中，作者用了很大的篇幅來研究語言哲學，闡述語言和它所代指的實體之間的關(guān)系。物理學概念的定義通常會非常規(guī)范嚴謹，物理學名詞所指代的物理量都有明確的定義和計量，換算關(guān)系?！鞍的芰俊币辉~顯然不是一個明確的物理概念，目前物理學家和宇宙學家們對于暗能量唯一了解的就是對它仍然一無所知，目前“暗能量”這個名詞所代指的并非一個確切的物理學概念，而是現(xiàn)今宇宙學中最為深刻的難題。

科學家們用暗能量來命名一個宇宙學的謎團可能只是無奈之舉，這個名詞描述的實際上是一個在15年前發(fā)現(xiàn)的、宇宙學最為深刻并且令人迷惑的現(xiàn)象——宇宙正在加速膨脹。1998年，兩組研究團隊通過對宇宙中Ia型超新星的觀測發(fā)現(xiàn)了與人們直覺完全相反的事實——宇宙正在加速膨脹，這個發(fā)現(xiàn)使得兩個團隊的領(lǐng)導者薩爾·波爾馬特、萊恩·施密特和美國科學家亞當·里斯獲得了2011年諾貝爾物理學獎，但是在15年過去后，人們對于這個宇宙學謎團的認識并沒有任何進展，我們對于“暗能量”這個名詞背后所隱含的深刻的科學內(nèi)涵仍然一無所知。

人類對于宇宙形態(tài)的幻想一直都是靜態(tài)的，這可能是一種超越科學常識的直覺性體驗——根據(jù)牛頓力學，如果宇宙中的天體因為自身質(zhì)量而通過萬有引力相互吸引，那么宇宙最終將收縮到一起，但是這顯然不屬于人類對于未來的憂慮之一。愛因斯坦在1916年提出的廣義相對論修正了牛頓力學，把萬有引力作用通過幾何學描述出來。但是愛因斯坦在當時仍然持有同樣靜態(tài)宇宙的概念，他也認為宇宙的形態(tài)應(yīng)該是靜止的。同時愛因斯坦也意識到，根據(jù)廣義相對論的描述，宇宙仍然會不可避免地陷入收縮狀態(tài)，這與他靜態(tài)宇宙的觀念相悖，于是他在廣義相對論中加入了一個“宇宙常數(shù)”項，用來表示宇宙空間中一種相互排斥的能量用來與引力相抗衡，保持宇宙的平衡狀態(tài)。愛因斯坦當時的想法人們不得而知，但是即使加入了宇宙常數(shù)這一項，愛因斯坦在當時也不難發(fā)現(xiàn)，他所描述的整個宇宙實際上處于一種極為不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)中。愛因斯坦本人在1929年也不得不放棄了廣義相對論中的宇宙常數(shù)，因為在當年哈勃望遠鏡通過對宇宙的觀測發(fā)現(xiàn)，宇宙是在膨脹的狀態(tài)中，這與大多數(shù)人所想象的靜態(tài)宇宙不同，因此愛因斯坦只能把宇宙常數(shù)和他的靜態(tài)宇宙觀念一起拋棄，并且稱在廣義相對論中加入宇宙常數(shù)是他“一生中最大的錯誤”。

一個膨脹的宇宙該有怎么樣的性質(zhì)和未來？因為宇宙的星系之間存在引力，這種引力將是宇宙膨脹的反作用，因此，一個膨脹的宇宙在引力作用下，膨脹速度會逐漸減慢。直到20世紀90年代，人們?nèi)匀幌嘈庞钪嬷杏凶銐虻奈镔|(zhì)和能量使這種膨脹減速或是轉(zhuǎn)變?yōu)槭湛s。但是，一個加速膨脹的宇宙就完全不同了，它徹底改變了人類的宇宙觀，宇宙中的某種未知的動力克服了引力作用，這使得宇宙的膨脹在目前看來無可阻擋。在發(fā)現(xiàn)了宇宙正在加速膨脹這個事實之后，人們命名使得宇宙加速膨脹的原因是暗能量，但是除了這個名詞，人們對于其中的原因仍然一無所知，也有宇宙學家通過類比，認為宇宙中的引力和暗能量是相對應(yīng)的“陰”和“陽”，但是這種類比對于我們理解這個宇宙現(xiàn)象仍然毫無幫助。

坐落在智利圣地亞哥托洛洛山的美洲際天文臺

人們試圖通過現(xiàn)有的知識來理解宇宙的加速膨脹，找到其中的驅(qū)動力，目前有幾種不同的解釋：在放棄了宇宙常數(shù)將近70年之后，人們也許需要把宇宙常數(shù)重新引入到宇宙學之中，這代表了宇宙空間的一種性質(zhì)，即空間自身可以擁有能量，這種能量使空間相互排斥，也使得更多的空間出現(xiàn)，因為空間本身擁有能量，因此這種能量的密度并未降低，并且促使空間膨脹的速度越來越快。但問題是，宇宙空間為什么會有這種性質(zhì)？也有物理學家懷疑是量子力學描述的真空中出現(xiàn)的“虛擬粒子對”對抗著引力作用。當然，還有一種可能是描述引力作用的廣義相對論本身有錯誤，需要修正，它在更大的尺度上可能失效，引力可能反過來表現(xiàn)為斥力，造成宇宙的加速膨脹。

為了理解暗能量的本質(zhì)，科學家們需要對宇宙的歷史和現(xiàn)狀都有更清晰的理解。暗能量調(diào)查項目正是為了研究暗能量和宇宙加速膨脹的本質(zhì)而設(shè)立，從2012年9月開始計劃進行5年的研究，這個由來自23家研究機構(gòu)，超過120名研究人員組成的研究項目計劃通過專門設(shè)計的設(shè)備進行天文學觀測來解開暗能量之謎。這個項目首先將觀測描繪一個更加清晰的宇宙地圖，通過這個地圖說明暗能量隨時間變化的過程，進而鑒別各個描述暗能量的理論模型。

暗能量調(diào)查項目的主要工作聽起來非常浪漫，就是數(shù)星星，或者說是數(shù)星系團的數(shù)量，并且估算它們的質(zhì)量，但實際上這并不是一件簡單的工作。在南美洲智利的賽拉托洛洛美洲天文臺（CerroTololoInter-AmericanObservatory），暗能量調(diào)查項目通過一個超級敏感的570兆像素的數(shù)字照相機DECam，觀測那些來自遙遠星體的高度紅移的星光，DECam被安裝在該天文臺的維克多·M.布蘭科望遠鏡（VictorM.BlancoTelescope）上。每個晚上，DECam大約都要拍攝400張左右的照片，這些照片會被迅速發(fā)到美國伊利諾伊州的一個超級計算機上進行分析。

考慮到在宇宙中存在著數(shù)以億計的星系，在一定范圍的宇宙空間內(nèi)，數(shù)出在一定質(zhì)量范圍的星系或是星系團，并且掌握它們隨時間變化的規(guī)律絕非易事，但是目前看來，這可能正是理解暗能量本質(zhì)的關(guān)鍵。因為暗能量使宇宙擴張，星系團的密度隨之降低，但新的星系和星系團也會隨著引力和暗能量的相互作用而誕生。因此，如果我們詳細了解了宇宙中星系團的數(shù)目、質(zhì)量和年齡，就有可能了解暗能量與引力作用之間相互作用的關(guān)系。同時，根據(jù)不同的暗能量模型，超級計算機可以模擬估算出不同年齡和質(zhì)量的星系團在宇宙中的數(shù)目，天文學家們正是通過這種實際觀測來分辨哪些模型更加可靠。

相比于數(shù)星系團的數(shù)量，要計算它們的質(zhì)量更加困難。科學家們無法直接測量星系團的質(zhì)量，只能通過幾個側(cè)面來估算，最有效的方法就是利用“引力透鏡”的方法，星系團因為其自身巨大的質(zhì)量引起其周圍宇宙空間的扭曲，這樣當光線經(jīng)過星系團周圍時，就會發(fā)生扭曲，這與光線穿過透鏡造成的效果類似，因此被稱為引力透鏡現(xiàn)象。星系團的質(zhì)量決定它對于周圍宇宙空間扭曲的程度，因此，科學家們在接受到來自遙遠星系的光線之后，通過觀察它們扭曲的狀態(tài)就可以估算出它們所經(jīng)過的星系團的大體質(zhì)量。另外，在一個星系團中亮紅星系的數(shù)量也和這個星系團的質(zhì)量有聯(lián)系，通過計算一個星系團中亮紅星系的數(shù)目，也可以大致估算出星系團的質(zhì)量。另外，星系團中充滿了熾熱的氣體，這些氣體會發(fā)出X射線，對宇宙背景輻射中的光子進行散射，暗物質(zhì)測量項目將會聯(lián)合南極望遠鏡對這種現(xiàn)象進行觀測。

與天文學觀測中常用的超新星探測與重子聲學振蕩探測方式來探測天文學距離不同，暗物質(zhì)探測項目將會同時探測宇宙結(jié)構(gòu)生長的速度，這種探測會帶給我們更多宇宙成長的細節(jié)，同時也是對于廣義相對論的檢驗。

探索暗能量注定是一個長遠且艱巨的課題，同時也是當今宇宙學研究中最為深刻的難題，人類更多對暗能量進行探測和研究的計劃將逐步展開。對暗能量難題研究的深入注定將改變?nèi)祟悓τ谟钪娴恼J識，要知道，人類所熟知的“普通物質(zhì)”只占到宇宙總量的5%左右，而暗能量則占到宇宙總量大約68%，從這個意義上說，暗能量不光是宇宙膨脹的驅(qū)動器，也是宇宙的真面目。