杨先碧

众所周知，万事万物都会有一个发生、发展和消亡的过程。那么，我们身处的宇宙会不会遵守这样的自然规律呢？宇宙的最终命运又将是怎样的呢？有人说世界将终结于熊熊烈火，也有人说它将终结于凛凛寒冰……

宇宙也正处在一个“生长发育”的过程中，其表现形式是加速膨胀。最终，宇宙也将在一片冰冷之中逐渐走向死亡。来自美国的萨尔·珀尔马特、具有澳大利亚籍和美籍双重国籍的布莱恩·施密特以及另外一位来自美国的亚当·里斯等三位科学家因为“通过观测遥远超新星发现宇宙的加速膨胀”而获得2011年诺贝尔物理学奖。

宇宙正在加速成长

在大约150亿年前，宇宙只是一个聚集了巨大能量和物质的小点。在某种未知条件的启动下，这个小点爆炸了。这就是“宇宙大爆炸理论”的主要内容，也是科学家对宇宙诞生的猜想。

如果我们把宇宙比作一个生命体的话，那么，那个最初的小点就如同一个受精卵，它会爆发式地增长。因此，也有科学家将宇宙的起点形象地称为“宇宙蛋”。大爆炸之后，宇宙就不断地膨胀。也就是说，宇宙在不断地长大。在宇宙的“成长”过程中，一些新的天体不断产生，一些老的天体不断死去，就像是人体内的细胞不断进行新老更替一样。

那么，目前宇宙处于一个什么时期呢？3位诺贝尔奖得主告诉我们，目前宇宙正处于青少年时期，因为宇宙正在加速膨胀，就像人类在青少年时期会快速生长一样。

地球相对于浩渺的宇宙来说，用大海里的一滴水来形容也毫不为过。身处在相对于整个宇宙来说十分“渺小”的地球上，天文学家怎样才能发现宇宙在膨胀，甚至是在加速膨胀呢？通常，天文学家观测宇宙的方法是找一个参照物，而他们观测宇宙加速膨胀的参照物就是超新星。

超新星是宇宙成长的标尺

早在20世纪30年代，就有天文学家提出用超新星来测量宇宙的膨胀程度。就像在我们成长的过程中，父母会为我们准备一条测量长高的标尺一样。为什么要选用超新星作为“标尺”呢？因为超新星是古老致密恒星爆发的产物，它们能发射出明亮的光芒。

最初天文学家认为，超新星都有一个共同的特点，那就是它们发出的光度（即发光强度）是相同的。然而，随着对超新星越来越多的研究，天文学家发现这个猜想并不成立，因为超新星是多种多样的，每个类型的超新星光度是有差异的。

直到30多年前，科学家才发现，超新星中只有Ia型超新星才具有相同的光度。这类超新星是白矮星爆发的结果。白矮星，这种超致密老年恒星像太阳一样重，却只有地球这么大。这种爆炸是白矮星生命周期中最后的一步。

更加令人欣喜的是，它们同时也是超新星中最明亮的，一颗超新星发出的光芒居然相当于银河系中所有恒星的光芒。由于Ia型超新星具有相同的光度，而光会随着传播距离变远而不断减弱，因此，天文学家就可以用观测到的Ia型超新星的亮度，并根据一些复杂的公式来确定这些超新星离地球的距离。

仅仅测定了超新星的远近，还不足以说明宇宙在膨胀，还得借助“红移”现象。Ia型超新星发出的几乎所有光都集中在一个特定的蓝色波长上。但是，这些蓝光在传播的过程中会因为宇宙的膨胀而被拉长，波长就会变长，所以这些原本的蓝光在到达地球的时候它们就会看起来呈红色，这一现象被称为“红移”。

来自Ia型超新星的光线看起来有多红，就意味着从这颗超新星爆发以来宇宙究竟膨胀了多少。观测不同距离上的超新星，就能够确定宇宙是如何随着时间而膨胀的。

寻找Ia型超新星

说起来似乎很容易，但是研究过程的艰难程度却是难以想象的。虽然超新星非常亮，但是放在浩瀚的宇宙之中也只是微弱的一个光点。

20世纪80年代中期，丹麦的一些天文学家开始试图寻找遥远的Ia型超新星。经过长达两年的搜索，他们才找到了第一颗Ia型超新星。后来他们又发现了另外一颗。由于很难发现Ia型超新星，当时许多天文学家对这类研究都不乐观。

20世纪90年代，随着各种更先进的望远镜的出现，以及更强大的电脑和数码成像技术的应用，为解决寻找超新星这一宇宙学难题提供了可能。美国劳伦斯伯克利实验室的一个研究小组就是搜寻超新星的佼佼者。这一小组开发了一套在图像中自动搜索超新星候选者的软件，但不幸的是，他们迎来的是接连的失败。

后来，38岁的珀尔马特负责这个研究小组，启动了“超新星宇宙学”项目，并对超新星搜索软件进行了改进。正是由于他的开创性研究，才使情况有了转机，他们开始发现大量的Ia型超新星。

以施密特为首的“高红移超新星搜寻”小组是这类研究的后起之秀，他们利用现成的软件也发现了大量的Ia型超新星。在这个研究小组中，里斯也发挥了关键作用，所以他也成为了3位诺贝尔奖获得者之一，与施密特分享了一半的奖金。

两个相互竞争的研究团队都知道，他们必须彻查整个天空，来寻找遥远的超新星。他们采用的方法是：比较同样的一小块天空拍摄于不同时间的两张照片。这一小块天空的大小，就相当于你伸直手臂时看到的指甲盖大小。第一张照片必须在新月之后拍摄，第二张照片则要在3个星期之后，抢在月光把星光淹没之前拍摄。

接下来，他们将两张照片进行比对，希望能够从中发现一个小小光点，这有可能就是遥远星系中爆发了一颗超新星的标志。按照这种方法，以珀尔马特和施密特为首的两个小组发现了50多颗Ia超新星——它们发出的光比预期的要弱，这是宇宙加速膨胀的一个重要证据。

宇宙成长的动力

1929年，美国天文学家哈勃首先发现了星体间距离不断增加变大的现象，并据此提出了宇宙膨胀理论。根据这一发现，俄裔美籍天体物理学家伽莫夫进一步提出“宇宙大爆炸理论”。伽莫夫认为，宇宙诞生于约150亿年前的一次大爆炸。

大爆炸之后，宇宙会不断膨胀下去吗？曾经有不少科学家认为，宇宙不会无限膨胀，甚至会收缩。因为按照英国科学家牛顿的万有引力定律，宇宙中的天体相互吸引，万有引力会阻止大爆炸导致的膨胀趋势，膨胀的速度会越来越慢，最终停止膨胀；然后，趋势被逆转，就像反着放电影胶片一样，宇宙开始收缩，最终又回到“宇宙蛋”的状态。

然而，3位诺贝尔奖获得者观测的结果表明，宇宙膨胀并没有变慢，反而在加速。这就引发了一个新的问题：是什么力量在驱使宇宙加速膨胀？物理学家们认为：只有一种可能，那就是宇宙之中存在着一种与引力作用方向相反的作用力，那是至今人类还没有发现的“神秘力量”。

科学家推测，那种“神秘力量”是我们所观测不到的暗能量。按照天文学家的解释，宇宙中我们所看得见的物质和所能利用的能量只占宇宙总资源的5%，而我们看不见的暗物质占22%，暗能量更是多达73%。暗能量对天体所产生的排斥力大于其引力，结果就使得天体渐渐远离，宇宙出现膨胀现象。

虽然谁也没有见过暗物质和暗能量，但是不少人却对其研究前景抱着极大的热情。因为一旦人们揭示了暗物质和暗能量的本质，不仅可以解决未来人类的能源危机，星际旅行也随之变得更加可行。

目前，暗能量研究是一个热门的领域，许多天文学家和物理学家都在这个领域辛勤地耕耘着。暗能量研究被认为是一个可以跟爱因斯坦的相对论相比拟的新的研究领域。如果谁能最先揭示暗能量或暗物质的本质，那么他的研究成果将是划时代的，也必将能获得诺贝尔奖。

宇宙终将死亡

那么，宇宙加速膨胀的结果会是什么呢？按照诺贝尔委员会的说法，这个获奖成果告诉我们，包括地球在内的整个宇宙正在逐渐变得稀薄而寒冷，宇宙最终都将会变得异常冰冷而没有生机。

科学家预计，在宇宙大约1000亿岁的时候，宇宙的大小将是现在的数亿倍，那时宇宙的密度将变得很小很小，物质和能量非常稀薄地扩散在宇宙之中，所有能产生光和热的天体都会被宇宙膨胀的力量拉裂而死去。那时的宇宙或许不再膨胀，只会在一片冰冷之中慢慢死去……

当然，宇宙的未来命运还是一个未知数，它有可能在青壮年时期改变“生活方式”，可能不再膨胀而延年益寿。假设有一天宇宙死亡了，之后会有新的宇宙产生吗？我们谁也不可能知道，也无法推测，毕竟那是八九百亿年之后的事情了，而如今的宇宙还不足200亿岁。况且，我们现今的宇宙还有许许多多的未解之谜，更不用说未来的宇宙了。

萨尔·珀尔马特，美国科学家，1959年出生于美国伊利诺伊州。1986年加州大学伯克利分校获得博士学位。后任职于美国劳伦斯伯克利国家实验室和加州大学伯克利分校，是天体物理学教授，并担任“超新星宇宙学”项目负责人。

布莱恩·施密特，是具有美籍和澳大利亚籍双重国籍的科学家。1967年出生于美国蒙大拿州密苏拉。1993年在哈佛大学获得博士学位。后任职于澳大利亚国立大学，是“高红移超新星搜寻”小组负责人，特聘教授。

亚当·里斯，美国科学家，1969年出生于华盛顿。1996年在哈佛大学获得博士学位。任职于美国约翰霍普金斯大学和巴尔的摩空间望远镜科学研究所，天文学和物理学教授。