10月4日，瑞典皇家科学院宣布，将2011年诺贝尔物理学奖授予索尔·珀尔马特、布莱恩·施密特和亚当·里斯三位科学家。

“过去认为在万有引力的作用下，宇宙是在减速膨胀。而他们的发现颠覆了这一观点，并且证明了暗能量的存在。”在接受《科学时报》采访时，中科院院士、天体物理学家陈建生说，为此，世界各国开始着手暗能量的理论和观测研究，我国也相继启动了“973”项目等相关研究和大型光学望远镜的建设。

虽然目前仍不清楚暗能量的物理本质，但对该问题的研究，陈建生认为“很可能是未来基础物理学发展的突破口”。

暗能量的发现

2006年，邵逸夫天文奖曾颁发给同样的三位科学家及其发现。担任该奖评审委员会主席的陈建生认为，宇宙的加速膨胀是一个惊人的重大发现，获得诺贝尔奖也在意料之中。

“这项研究已成为科学前沿问题，各国都非常关注，是一个可以跟爱因斯坦相对论相比拟的新领域。”中科院院士、中科院理论物理所所长吴岳良说。

“在地球上抛一个苹果上去，其上升的速度不可能越来越大，但在宇宙尺度上，确实是这样的现象。”中科院理论物理所研究员李淼对《科学时报》记者解释说，宇宙中存在一种具有负压强的物质形态，它可以解释天体正在以越来越快的速度远离我们，这类物质被称为暗能量。

理论物理学计算表明，如果用暗能量解释宇宙的加速膨胀，那么宇宙的73%左右由暗能量构成，22%是暗物质，而可通过常人直觉和经典理论描述、印证的物质只占4%多一点。

因此，2011年诺贝尔物理学奖的发现，向人类揭露了一个近96%的成分仍然未知的宇宙。

国家天文台研究员陈学雷在接受本报记者采访时说，宇宙加速膨胀的结果公布之后，仍有少数学者怀疑超新星的观测或数据分析有错误。但13年来，人们又陆续观测了几百颗超新星。“虽然还存在一些疑点，但数据经过许多天文学家反复验证，迄今并未发现大问题。”

物理学家也提出了一些假说：如果宇宙持续膨胀，那么宇宙最终将变成无比寒冷的世界。

对此，陈建生解释说，宇宙膨胀的结果是物质被稀释掉，而暗能量不稀释，到最后单位体积内的物质几乎就没有了。不过，“尽管宇宙在膨胀，但地球所在的太阳系内部并不膨胀，地球不会因为宇宙膨胀而死亡”。

“宇宙目前有137亿年的历史，如果全宇宙要变得寒冷无比，还需要四五百亿年以上。”李淼说。

年轻人的坚持

由于很难发现超新星，许多天文学家起初对超新星观测研究持悲观态度。

值得注意的是，29岁的珀尔马特在接手负责超新星观测工作时，正是项目进行到最困难的时期：他们未取得任何成果，连一颗超新星都没能发现，而与澳大利亚人的合作也到期结束了。

项目是否还能进行下去？

珀尔马特所在的美国加州大学伯克利分校以及美国的资助机构在认真评估后，决定继续予以资助。因工作专注，珀尔马特被认为是可以挽救这一项目的人选。他们最终得到了经费，工作才得以继续进行。

“为了对发现的候选超新星进行后续观测，珀尔马特会给全世界各处天文台的望远镜负责人打电话，恳求正在使用望远镜的人帮助他进行观测。”陈学雷说。

不论是珀尔马特、施密特还是里斯，在当时进行研究时，“他们都是在一线工作的青年人，能得到支持很重要”。

在陈学雷看来，施密特和里斯等人能够凭借自己的研究积累，在激烈的竞争中一举冲入研究最前沿，其能力和敏锐令人钦佩。但更值得思索和借鉴的，是珀尔马特等人的顽强坚持。

重大创新的科研常常有很大的风险，很难保证完全实现计划的成果。对此，陈学雷认为：“作为研究者，要有信心和勇气在困难时坚持下去，而美国的资助机构能够宽容失败，看出这一项目的科学价值和团队人员的能力，也是非常有眼光的。这恐怕值得我们深思。”

中国在做什么

由于对暗能量还“知之甚少”，国外计划了许多实验项目。例如，一项以美国为首的研究计划正在南美洲部署新一代观测工具，它能更精确地测算宇宙膨胀的速度变化。此外，美国和欧洲相继提出建造空间望远镜计划，但因种种原因，均被搁浅。

“我国的理论研究在国际上走在前面，论文引用率也很高，但在实验方面，我国进展相对缓慢。”李淼直言，“暗能量到底是什么，会不会演化？最后还得看观测的结果。”

陈学雷介绍说，我国一些天文学家结合实际，已经提出了几种未来的暗能量实验观测计划。

第一种，在被认为最佳观测地点的南极冰穹A建造大型光学望远镜，性能会与空间望远镜差不多。“但由于人员和材料运输的难题，计划先建一个直径2米的，未来会建更大的。”

第二种，在我国天宫空间站上装设光学望远镜。“专家们也作过论证，计划还比较长远。”

第三种，在南美建造大型光谱巡天望远镜。“南半球看到的天空不一样，与LAMOST望远镜相比，在设计上会比较类似。”

第四种，开展“天籁计划”研究，在国内地面研制专用射电望远镜阵列进行巡天观测，利用宇宙大尺度结构中的重子声波振荡特征精密研究暗能量的性质。

不过，“对暗能量的研究，还处于相对早期，因为毕竟距离发现只有13年”，李淼说，暗能量的理论研究一直在进行，但实验研究的成本巨大，“观测至少还需要二三十年的时间”。

仰望星空 宇宙在加速膨胀

□本报记者 王丹红

根据哈勃的宇宙膨胀理论，经历早期极速膨胀后，宇宙的膨胀速度会下降，膨胀与收缩达到平衡。然而，1998年，两个独立研究小组发现：宇宙膨胀不仅没有减速，反而在加速。

新发现震撼了宇宙学理论基础。2011年诺贝尔物理学奖授予三位天文物理学家：一半授予美国科学家索尔·珀尔马特，另一半授予美国和澳大利亚双重国籍的科学家布赖恩·施密特和美国科学家亚当·里斯，以表彰他们通过观察遥远的超新星，发现宇宙正在加速膨胀。

发现之旅

1988年，当珀尔马特在劳伦斯伯克利国家实验室领导“超新星宇宙学项目”时，他只有29岁，两年前刚从加州大学伯克利分校获得物理学博士学位。

谈到自己的研究时，珀尔马特说：“我的研究最初由问题驱动：我们的宇宙是由什么构成的？它们如何工作？我一直用天文物理测量方法来寻找答案。我们最初打算用超新星来测量宇宙膨胀因地球引力而减速的情况，结果却发现膨胀在加速。这个意想不到的结果表明宇宙主要是由一种以前不曾知道的能量——暗能量构成。”

在接受诺贝尔委员会官方网站访问时，珀尔马特讲述了1998年发现成果那一刻的惊奇。“解读这些数据是一件非常复杂的事，必须极为仔细地校准。刚看到数据时，我们认为很好，会有好的结果，但立即发现它们毫无意义。情况看起来有些奇怪，我确信一旦完成了所有的校准，这些不对头的东西会消失。当然，我们越是仔细校准，这种惊奇的感觉越强。4个月后，我们开始真正相信这是一件大事，结果完全不同于我们的预期。”

在珀尔马特小组努力探索之时，他们还面对一个激烈的竞争对手。施密特领导的“高红移超新星搜寻小组”也在紧锣密鼓地开展同样的工作。尽管珀尔马特公布的结论具有颠覆性，但6个星期之后，施密特小组公布了相同的基本结果。珀尔马特说：“我想，人们开始相信我们的结论，因为他们知道两个小组在激烈竞争，且在可能的情况下会很高兴看到对方被证明是错的。”

后生可畏

哈佛大学的天文物理学教授罗伯特·基尔希纳是施密特和里斯的博士导师，他指导两人走上了超新星寻找之路。

1994年，当施密特和智利的一位天文学家共同创立“高红移超新星搜寻小组”时，他只有27岁，是哈佛—史密森天文物理学中心的博士后。此时，25岁的里斯还是一个博士生，他和基尔希纳成为这个项目组的最初成员。

里斯1996年博士毕业后，成为加州大学伯克利分校的米勒学者。1998年，他领导了“高红移超新星搜寻小组”的一项研究，在分析完一组数据，看到答案时，他的第一个反应是：“啊！我犯了一个可怕的错误，我得找出这个错误。”这个结果让施密特吃惊，他也认为有错误。经过几个星期的努力，里斯找到了错误，却表明其结论应该是真的：宇宙膨胀在加速！

两个竞争小组总共观测了约50颗超新星，结论彼此印证。里斯说那一刻真是激动人心：“啊，天啊，这可能就是正确的答案。”

施密特说：“新技术能够帮助我们做出越来越好的实验，它们是一种巨大的驱动力，但我认为好的想法更为重要。天文学不同于物理学，我们不能设计一个实验，我们需要走出去，仰望星空，寻找宇宙给我们的信息，再从中做出实验。”

施密特指出，与三四十年前相比，今天的天文学从设备到经费都得到了非常好的支持，但他强调：“我们需要提醒自己，伟大想法的产生并不需要数十亿美元，所需要的是稳定支持，让许多有稳定支持的人们提出好的想法。”

暗能量究竟是什么？它背后的物理学是什么？珀尔马特的小组正在努力探索，他相信未来几年内会有很好的进展。施密特希望未来会有像爱因斯坦一样的智慧头脑照亮前方的路。里斯说，要有伟大的想法，还要有更多的实验。（来源：科学时报）

作者：潘希，王丹红