為了得到一個(gè)靜態(tài)的宇宙解，愛(ài)因斯坦在廣義相對(duì)論的核心方程中引入了一個(gè)新的項(xiàng)——宇宙學(xué)常數(shù)。宇宙學(xué)常數(shù)非常小，以至于無(wú)法在太陽(yáng)系尺度上被探測(cè)到。但在宇宙學(xué)尺度，它會(huì)產(chǎn)生微小且穩(wěn)定的排斥力——足以抵消恒星之間的引力吸引，防止宇宙坍縮。

但隨后，越來(lái)越多的理論證據(jù)表明，愛(ài)因斯坦的圖景是錯(cuò)誤的。例如，上個(gè)世紀(jì)20年代初，弗里德曼（Alexander Friedmann）就在研究了廣義相對(duì)論后發(fā)現(xiàn)，球體宇宙只是理論所允許的眾多可能性之一。弗里德曼得到的解包含了膨脹和收縮的宇宙，并且允許宇宙的曲率為正、負(fù)和零。

盡管如此，愛(ài)因斯坦仍然不愿意放棄他的靜態(tài)宇宙。直到1931年，當(dāng)所有的觀測(cè)都表明宇宙確實(shí)在膨脹時(shí)，他才改變了想法。

上個(gè)世紀(jì)初，夜空中“旋渦星云”的本質(zhì)讓天文學(xué)家困惑不已。對(duì)它的理解將關(guān)乎到我們對(duì)宇宙大小的認(rèn)知。換句話說(shuō)，只要破解這一謎團(tuán)，就能夠回答銀河系是否是宇宙中唯一的星系這個(gè)問(wèn)題。

在那個(gè)時(shí)代，大多數(shù)天文學(xué)家都傾向于相信這些星云不過(guò)是銀河系內(nèi)的一些氣體云，只有少數(shù)天文學(xué)家認(rèn)為它們實(shí)際上是遠(yuǎn)在銀河系之外的獨(dú)立的“島宇宙”——也就是我們今天稱之為的“星系”。1920年，雙方為此進(jìn)行了一次著名的“世紀(jì)大辯論”。

解決這一爭(zhēng)辯的唯一途徑是更多的觀測(cè)數(shù)據(jù)，當(dāng)時(shí)兩種工具的發(fā)展成為了解題的關(guān)鍵。第一個(gè)工具是光譜學(xué)。通過(guò)觀測(cè)遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的光，天文學(xué)家可以測(cè)出它們是由什么組成的，以及它們的移動(dòng)速度有多快。

1912年，天文學(xué)家斯里弗（Vesto Slipher）使用了當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的儀器對(duì)仙女座星云進(jìn)行觀測(cè)。他驚訝地發(fā)現(xiàn)該星云的光譜中顯示出了強(qiáng)烈的藍(lán)移，這意味著它正在以大約每秒300千米的速度朝我們運(yùn)動(dòng)。這個(gè)速度太快了，比任何已知的恒星的運(yùn)動(dòng)速度都要快，以至于斯里弗不得不懷疑他是不是弄錯(cuò)了。然而，其他的天文學(xué)家很快證實(shí)了斯里弗的觀測(cè)結(jié)果。

之后在對(duì)幾十個(gè)旋渦星云進(jìn)行測(cè)量后，斯里弗發(fā)現(xiàn)仙女座星云的藍(lán)移是一個(gè)例外。大多數(shù)星云都是紅移的，這就意味著這些星云正以極快的速度遠(yuǎn)離我們。斯里弗的觀測(cè)使他站到了”島宇宙“的陣營(yíng)，他認(rèn)為這些星云定然是在非常遙遠(yuǎn)的地方，因?yàn)樵谖覀兏浇魏我粋€(gè)移動(dòng)速度如此之快的天體應(yīng)該早就逃離銀河系了。

但是要確定島宇宙這一假說(shuō)，還必須測(cè)量旋渦星云的實(shí)際距離，這就需要第二種工具——標(biāo)準(zhǔn)燭光。

1923年，在數(shù)以億計(jì)的繁星中，哈勃（Edwin Hubble）運(yùn)用當(dāng)時(shí)世界上口徑最大的胡克望遠(yuǎn)鏡，找到了一顆改變了現(xiàn)代天文學(xué)進(jìn)程的恒星。這顆恒星被稱為造父變星V1。造父變星是一類亮度會(huì)呈周期性的變化的恒星，它可以作為測(cè)量距離的標(biāo)準(zhǔn)燭光。哈勃運(yùn)用勒維特（Henrietta Swan Leavitt）在先前就發(fā)現(xiàn)的造父變星的周期和光度間的關(guān)系，計(jì)算出了V1的距離。他發(fā)現(xiàn)仙女座距離地球約93萬(wàn)光年（現(xiàn)代的觀測(cè)表明，仙女座星系實(shí)際上位于250萬(wàn)光年之外），而這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了銀河系的大小。

哈勃的觀測(cè)結(jié)果為世紀(jì)大辯論畫(huà)上了句點(diǎn)，也讓人們意識(shí)到，宇宙遠(yuǎn)比想象的更加浩瀚無(wú)垠。

然而，哈勃帶來(lái)的宇宙革命并未止步于此。1929年，他在進(jìn)一步對(duì)星系進(jìn)行觀測(cè)后，繪制了星系的速度和距離關(guān)系圖，關(guān)系圖顯示出了一個(gè)清晰的趨勢(shì)：那些距離我們?cè)竭h(yuǎn)的星系，遠(yuǎn)離我們的速度越快。

也就是說(shuō)，宇宙確實(shí)不是靜止的，而是在越變?cè)酱?/span>！1931年，哈勃和赫馬森（Milton Humason）擴(kuò)展了星系樣本，進(jìn)一步加強(qiáng)了這一發(fā)現(xiàn)。與此同時(shí)，他們的發(fā)現(xiàn)也摧毀了愛(ài)因斯坦的靜態(tài)宇宙觀。

一個(gè)正在膨脹的宇宙，似乎暗示著它有著更小的過(guò)去——甚至是一個(gè)開(kāi)端。但對(duì)于當(dāng)時(shí)的天文學(xué)家而言，宇宙起源問(wèn)題似乎是哲學(xué)家或神學(xué)家才會(huì)去討論的話題。因?yàn)槿绻俣ㄓ钪嬗幸粋€(gè)開(kāi)端，那么一個(gè)更棘手的問(wèn)題是，這個(gè)開(kāi)端是從而來(lái)的？事實(shí)上，這種不愿意去思考宇宙起源的想法是如此的根深蒂固，以至于我們現(xiàn)在所稱之為的大爆炸理論不得不以不同的方式被重新發(fā)現(xiàn)了三次，才最終被廣泛接受。

1927年，比利時(shí)天文學(xué)家勒梅特（Georges Lemai?tre）得到了與弗里德曼相同的結(jié)論：宇宙并非靜態(tài)的，它會(huì)膨脹或收縮。他甚至已經(jīng)推導(dǎo)出了哈勃定律，但由于他發(fā)表的論文是用法文撰寫的，所以當(dāng)時(shí)并沒(méi)有得到關(guān)注。今天，為了突出勒梅特的貢獻(xiàn)，科學(xué)界已經(jīng)把“哈勃定律”更名為“哈勃-勒梅特定律”。此外，當(dāng)時(shí)勒梅特還利用斯里弗測(cè)量的星系速度和哈勃確定的星系距離，得到了宇宙的膨脹速度。

1931年，勒梅特提出宇宙應(yīng)該起源于一個(gè)包含了整個(gè)宇宙質(zhì)量的”原初原子“。他在《自然》雜志中詳盡地闡述了這一想法，其中還包括了一個(gè)具有先見(jiàn)之明的建議，他認(rèn)為宇宙最初的狀態(tài)必定非常炙熱，并且會(huì)產(chǎn)生一種余暉——一種至今仍然彌漫在空間中的熱輻射。盡管在細(xì)節(jié)上他是錯(cuò)誤的，比如他認(rèn)為這種余暉是宇宙射線的來(lái)源，但正如我們將會(huì)看到的，大爆炸余暉確實(shí)是真實(shí)存在的。然而，勒梅特關(guān)于宇宙起源的想法在當(dāng)時(shí)并沒(méi)有引起多少關(guān)注。

大爆炸的第二次發(fā)現(xiàn)始于一個(gè)看似無(wú)關(guān)的問(wèn)題：是什么讓恒星發(fā)光的？

1920年，愛(ài)丁頓（Arthur Eddington）提出了一種可能性，或許是在太陽(yáng)內(nèi)部的熾熱和致密的條件允許氫聚變成氦，從而釋放出巨大的能量。起初，天文學(xué)家對(duì)此表示懷疑，因?yàn)樗麄冋J(rèn)為恒星所包含的氫不足以一直維持這一過(guò)程。到了1925年，佩恩（Cecilia Payne）在她被稱為”天文學(xué)史上最杰出的博士論文“中，通過(guò)計(jì)算恒星光譜中的化學(xué)元素豐度后發(fā)現(xiàn)，氫是恒星中最豐富的元素，其次則是氦。

在解開(kāi)太陽(yáng)的發(fā)光之謎后，其他的問(wèn)題接踵而至：為什么幾乎所有恒星的氫氦比例都是三比一呢？為什么較重的元素只占宇宙總元素的一小部分？為什么一些元素，比如碳和氧，要比鋰和硼豐富得多呢？

上個(gè)世紀(jì)30年代是提出這些問(wèn)題的好時(shí)機(jī)。當(dāng)時(shí)，物理學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)原子核中包含了兩種類型的粒子：帶正電的質(zhì)子和中性的中子。將這兩種粒子“粘合”在一起的是只有它們能感受到的“強(qiáng)”力，電子則不受影響。強(qiáng)力比電磁力要強(qiáng)得多，否則質(zhì)子間的靜電斥力將把原子核撕裂，但強(qiáng)力的作用范圍卻是極短的。

從現(xiàn)有的原子核中形成新的元素的過(guò)程被稱為核合成。然而，由于質(zhì)子間的靜電斥力，只有在數(shù)百萬(wàn)甚至是數(shù)十億度的高溫下，原子核才能夠靠得足夠近以便聚合在一起?？茖W(xué)家很快就意識(shí)到，自然界中只有兩個(gè)地方會(huì)出現(xiàn)這種極端條件。第一個(gè)地方便是在恒星的內(nèi)部。20世紀(jì)30年代末，物理學(xué)家已經(jīng)開(kāi)始精確地研究出熱核聚變是如何產(chǎn)生能量來(lái)保持恒星發(fā)光的，并且在這個(gè)過(guò)程中，產(chǎn)生了構(gòu)成地球和生命的重元素。

1946年，伽莫夫（George Gamow）將注意力轉(zhuǎn)向核合成的第二種可能性：一些元素是否有可能在早期宇宙中產(chǎn)生？伽莫夫與阿爾弗（Ralph Alpher）和赫爾曼（Robert Herman）聯(lián)手對(duì)這個(gè)問(wèn)題發(fā)起了進(jìn)攻。他們認(rèn)為，在宇宙誕生后的大約10到20秒，宇宙的初始狀態(tài)是一鍋充滿了質(zhì)子和中子的熱湯。他們并沒(méi)有試圖將時(shí)間推回到最初的時(shí)刻，即t=0，否則他們將面對(duì)一個(gè)密度無(wú)限、溫度無(wú)限、大小為零的奇點(diǎn)。他們只是簡(jiǎn)單地將質(zhì)子和中子湯當(dāng)作一個(gè)既定事實(shí)。他們的計(jì)算表明，在t=0之后的幾分鐘內(nèi)，快速冷卻的混合物會(huì)凝聚成幾乎純氫和氦，其元素和同位素比率接近我們今天看到的。

之后，他們還得出了一個(gè)結(jié)論：原始火球發(fā)出的輻射仍然存在，只是在經(jīng)歷了數(shù)十億年的宇宙膨脹后，其波長(zhǎng)早已被拉長(zhǎng)。這與勒梅特在1931年提出的觀點(diǎn)相似。不同的是，阿爾弗和赫爾曼的計(jì)算更為復(fù)雜，今天我們看到的輻射不再是勒梅特曾認(rèn)為的宇宙射線，而是光子，其波長(zhǎng)處于電磁波譜中的微波區(qū)域。然而，他們的工作也很快就被淹沒(méi)，尤其是當(dāng)時(shí)關(guān)于宇宙還存在著另一種流行的理論——穩(wěn)恒態(tài)模型。

大爆炸的第三次也是決定性的一次發(fā)現(xiàn)是個(gè)美妙的意外。

1964年夏天，普林斯頓大學(xué)的迪克（Robert Dicke）與他的兩名學(xué)生洛爾（Peter Roll）和威爾金森（David Wilkinson）開(kāi)始在微波波段尋找大爆炸遺留的輻射。迪克的另外一名學(xué)生皮布爾斯（James Peebles）計(jì)算出宇宙數(shù)十億年的膨脹將使大爆炸的輻射冷卻到僅幾個(gè)開(kāi)爾文，那個(gè)時(shí)候皮布爾斯對(duì)伽莫夫等人的工作一無(wú)所知。到了1965年初，理論工作已經(jīng)完成，探測(cè)器的工作也進(jìn)展順利。然而在那年2月的一個(gè)星期二的午餐時(shí)間，迪克接到了一個(gè)令他心碎的電話。在接到電話后，他對(duì)自己團(tuán)隊(duì)說(shuō)：“我們被搶先了”。

在距離普林斯頓40公里外的貝爾實(shí)驗(yàn)室，彭齊亞斯（Arno Penzias）和威爾遜（Robert Wilson）的喇叭型天線接收到了一些未知來(lái)源的噪音。他們清理了鳥(niǎo)糞、移走了鳥(niǎo)巢，排除了一切可能性后發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是在白天或黑夜，無(wú)論是朝天空中的任何一個(gè)方向，仍有一種微弱的微波嘶嘶聲揮之不去。他們完全不知道是怎么回事，直到讀到了皮爾布斯關(guān)于宇宙輻射的其中一篇論文的草稿，他們才明白了神秘嘶嘶聲的含義。是的，他們無(wú)意間發(fā)現(xiàn)的正是迪克團(tuán)隊(duì)想要尋找的大爆炸的余暉——宇宙微波背景（CMB）！之后，洛爾和威爾金森確認(rèn)了彭齊亞斯和威爾遜的觀測(cè)。

宇宙微波背景的發(fā)現(xiàn)使該領(lǐng)域幾乎所有人都相信，我們的宇宙誕生于遙遠(yuǎn)過(guò)去的一次大爆炸。然而，大爆炸模型卻也給宇宙學(xué)家留下了三個(gè)大謎題。

如果宇宙有開(kāi)端，那么宇宙學(xué)家不得不思考它是否也有終點(diǎn)。如果有，宇宙的最終命運(yùn)會(huì)是什么？是會(huì)永遠(yuǎn)地膨脹下去，還是會(huì)停止膨脹往回收縮？

答案取決于一個(gè)數(shù)字：宇宙中物質(zhì)的平均密度。如果平均物質(zhì)密度低于特定臨界值（相當(dāng)于每立方米包含幾個(gè)氫原子），那么宇宙就是“開(kāi)放的”，它會(huì)永遠(yuǎn)膨脹下去；如果平均密度大于這個(gè)臨界值，宇宙就是“封閉的”，膨脹最終會(huì)停止，然后逆轉(zhuǎn)，導(dǎo)致“大擠壓”；如果平均密度等于臨界密度，那么宇宙就是“平坦的”，恒星和星系的引力會(huì)減緩膨脹，但永遠(yuǎn)無(wú)法阻止它。

在宇宙誕生后，如果宇宙的密度稍微高一些，那么封閉的宇宙在膨脹后就會(huì)瞬間收縮；如果宇宙密度稍微低一些，那么開(kāi)放的、無(wú)限的宇宙就會(huì)因?yàn)榕蛎浀锰於鵁o(wú)法形成恒星或星系；然而，100多億年后的今天，我們看到宇宙中遍布著恒星和星系，物質(zhì)的平均密度與臨界密度非?？拷Ｓ钪鎸W(xué)家意識(shí)到，這就意味著宇宙在誕生不久后，其密度應(yīng)該更加接近臨界密度。然而，宇宙學(xué)家并不知道為什么宇宙密度如此接近臨界密度，這個(gè)問(wèn)題也被稱為“平坦性問(wèn)題”。

第二個(gè)謎題說(shuō)的是，為什么宇宙從各個(gè)角度看都是一樣的，物理學(xué)家稱之為”視界問(wèn)題“。假設(shè)宇宙此刻并沒(méi)有在膨脹，一個(gè)光子在宇宙的極早期被釋放出來(lái)，自由地在空間中穿梭直到抵達(dá)地球的北極。另一個(gè)光子同時(shí)被釋放，但與第一個(gè)光子相反，它將抵達(dá)南極。這兩個(gè)光子從被釋放的那刻起能夠交換任何信息嗎？顯然不能，因?yàn)閺囊粋€(gè)光子向另一個(gè)光子發(fā)送信息所需的時(shí)間將是宇宙年齡的兩倍。兩個(gè)光子是因果不相連的，它們?cè)诒舜说囊暯缰狻Ｈ欢?，我們觀測(cè)到的是，來(lái)自相反方向的光子一定以某種方式進(jìn)行了交流，因?yàn)橛钪嫖⒉ū尘霸谔炜罩械乃蟹较蛏系臏囟葞缀跏峭耆嗤?，?.73開(kāi)爾文。

第三個(gè)謎團(tuán)與一種假想粒子有關(guān)，這種粒子被稱為磁單極子。在生活中，當(dāng)我們把一個(gè)帶有南極和北極的條形磁鐵掰斷，就會(huì)得到兩個(gè)帶有南極和北極的磁鐵。物理學(xué)家從未發(fā)現(xiàn)過(guò)帶有單一磁荷的粒子。然而，研究基本粒子及其之間相互作用的粒子物理學(xué)的”標(biāo)準(zhǔn)模型“卻告訴我們，理論上這些磁單極子是存在的。計(jì)算還表明，大爆炸應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生了很多磁單極子，且它們的質(zhì)量都非常大，所以它們應(yīng)該很難被忽視。那么它們究竟躲到哪里去了？

上個(gè)世紀(jì)80年代，一個(gè)名為“暴脹”的理論的發(fā)展，一舉解決了這三個(gè)問(wèn)題。暴脹模型假設(shè)在大爆炸后的10?3?秒到10?32秒之間，宇宙經(jīng)歷了一次指數(shù)式的膨脹。在暴脹之前，盡管宇宙中可能充滿了磁單極子，但極端的膨脹會(huì)把它們稀釋到無(wú)法發(fā)現(xiàn)任何一個(gè)的地步。而在膨脹之前無(wú)論宇宙的曲率為何，暴脹都會(huì)把它拉得又緊又平，就像膨脹到光年大小的氣球表面一樣。同樣地，考慮到宇宙在暴脹期間的膨脹倍數(shù)，就可以計(jì)算出今天相距非常遙遠(yuǎn)的區(qū)域在早期實(shí)際上在曾經(jīng)是極其接近的，這就解釋了為什么來(lái)自這些區(qū)域的光子具有幾乎完全相同的溫度。

在過(guò)去的幾十年里，暴脹理論得到了越來(lái)越多觀測(cè)證據(jù)的支持，包括WMAP和COBE衛(wèi)星對(duì)宇宙微波背景的測(cè)量。盡管暴脹理論并沒(méi)有描述宇宙的起源，但它被普遍認(rèn)為是任何更完整的宇宙起源理論的重要組成部分。

在暴脹理論之后，理論學(xué)家開(kāi)始書(shū)寫不同宇宙起源的故事。有人認(rèn)為，我們所生活的這個(gè)宇宙只是多重宇宙中的一個(gè)，而每一個(gè)宇宙都遵循著各自的物理定律；有人認(rèn)為，暴脹從未發(fā)生，只要假定物理學(xué)的基本常數(shù)不是恒定的，那么也可以解釋先前提到的三個(gè)大問(wèn)題；也有人認(rèn)為，宇宙是循環(huán)的，大爆炸是源于上一個(gè)宇宙的大坍縮。但到目前為止，還沒(méi)有哪個(gè)模型能像暴脹宇宙學(xué)那樣被廣為接受。

到了上個(gè)世紀(jì)末，宇宙的故事變得越發(fā)撲朔迷離，因?yàn)橛钪鎸W(xué)家發(fā)現(xiàn)，有95%的宇宙是完全未知的！

讓我們?cè)俅伟涯抗饩劢乖谙膳窍?。牛頓和愛(ài)因斯坦的引力理論告訴我們，在星系中，那些離星系中心越遠(yuǎn)的天體，感受到的引力就越小，所以它們的運(yùn)行速度會(huì)比那些靠近中心的天體更慢。1970年，當(dāng)魯賓（Vera Rubin）和福特（Kent Ford）繪制仙女座星系的自轉(zhuǎn)曲線的時(shí)候，驚訝地發(fā)現(xiàn)那些位于星系外緣的天體的速度并沒(méi)有像預(yù)期那樣隨著距離的增加而變慢，而是趨于平穩(wěn)。在考慮了所有的可能性之后，最有可能的一種解釋是，星系中存在大量看不見(jiàn)的暗物質(zhì)，它們提供了額外的引力，否則那些高速運(yùn)行的天體應(yīng)當(dāng)早已飛離星系。

這種現(xiàn)象很快就在其他星系中得到驗(yàn)證。事實(shí)上，早在上個(gè)世紀(jì)30年代，茲威基（Fritz Zwicky）就已經(jīng)注意到，星系團(tuán)中的可見(jiàn)物質(zhì)的總量與星系本身運(yùn)動(dòng)之間存在差異。他認(rèn)為，星系團(tuán)之中或許存在大量的暗物質(zhì)與可見(jiàn)物質(zhì)發(fā)生了引力作用。

今天，我們可以用引力透鏡技術(shù)來(lái)估算星系團(tuán)中所包含的暗物質(zhì)總量。根據(jù)廣義相對(duì)論，當(dāng)遙遠(yuǎn)天體源發(fā)出的光在抵達(dá)地球的途中遇到星系團(tuán)，那么星系團(tuán)的質(zhì)量所產(chǎn)生的引力會(huì)使光線發(fā)生彎曲。當(dāng)天文學(xué)家通過(guò)彎曲的程度計(jì)算出的質(zhì)量與我們可以直接觀測(cè)到的質(zhì)量不一致時(shí)，就意味著星系團(tuán)中肯定存在著暗物質(zhì)。

最新的計(jì)算表明，在宇宙中，暗物質(zhì)的總量應(yīng)當(dāng)是普通物質(zhì)的五倍！但問(wèn)題是，暗物質(zhì)究竟是什么？在篩查了種種可能性之后，物理學(xué)家認(rèn)為暗物質(zhì)最有可能是由未知的粒子構(gòu)成的，尤其是一種被稱為WIMP的粒子。但到目前為止，暗物質(zhì)仍將自己的蹤跡隱藏得非常好。

現(xiàn)代計(jì)算表明，暗物質(zhì)占宇宙總質(zhì)量和能量的26%，加上所有已知的普通物質(zhì)的5%，還有69%是什么呢？

1998年，一項(xiàng)全新的發(fā)現(xiàn)再次刷新了我們對(duì)宇宙的認(rèn)知。當(dāng)時(shí)，有兩個(gè)天文團(tuán)隊(duì)競(jìng)相對(duì)遙遠(yuǎn)的Ia型超新星進(jìn)行觀測(cè)。這類爆炸恒星是一種全新的標(biāo)準(zhǔn)燭光——天文學(xué)家可以精確地測(cè)量這些天體的光度并用來(lái)確定它們到地球的距離。最終他們得到的結(jié)果是，宇宙并不像哈勃和其他人描述的那樣在膨脹，而是在加速膨脹！

這個(gè)發(fā)現(xiàn)完全出乎意料，因?yàn)橛捎谛窍岛托窍祱F(tuán)之間的引力作用，宇宙的膨脹應(yīng)該會(huì)隨著時(shí)間逐漸減慢，但真實(shí)情況卻并非如此。到底是什么在加速宇宙的膨脹？我們完全不知道，其幕后推手被稱為“暗能量”，它的本質(zhì)是物理學(xué)中最大的謎團(tuán)。

理論學(xué)家提出了許多種可能，其中一種最有可能的解釋正是我們?cè)陂_(kāi)頭提到的愛(ài)因斯坦在方程中加入的宇宙學(xué)常數(shù)。當(dāng)時(shí)，他加入宇宙學(xué)常數(shù)的目的是為了抵抗物質(zhì)的引力，從而創(chuàng)造出一個(gè)靜態(tài)的宇宙。但今天看來(lái)，如果暗能量的來(lái)源是宇宙學(xué)常數(shù)，那么它不僅沒(méi)有使宇宙保持靜態(tài)，反而加速了它的膨脹。

宇宙學(xué)常數(shù)是以能量的形式存在于真空中的。根據(jù)量子物理學(xué)，真空并不空，而是充滿了量子漲落——虛粒子對(duì)會(huì)不斷地出現(xiàn)，但在瞬間就會(huì)湮滅消失。然而，對(duì)宇宙學(xué)常數(shù)的理論計(jì)算卻表明，它比實(shí)際觀測(cè)要高出了120個(gè)量級(jí)。如果它的值確實(shí)如此之大，那么早期宇宙應(yīng)當(dāng)快速膨脹，以至于不會(huì)有任何大尺度結(jié)構(gòu)有機(jī)會(huì)可以形成。這個(gè)問(wèn)題也被稱為“宇宙學(xué)常數(shù)疑難”。

真空能在整個(gè)宇宙以及任何的時(shí)間里都具有相同的值，但暗能量其實(shí)也有可能是一種隨時(shí)間和空間變化的能量場(chǎng)。又或者，也許是我們對(duì)引力的理解還不夠深刻。盡管廣義相對(duì)論在太陽(yáng)系內(nèi)經(jīng)受住了所有最嚴(yán)苛的檢驗(yàn)，但或許它在宇宙學(xué)尺度上需要得到修正。目前天文學(xué)家正在驗(yàn)證一些替代的引力理論，看看它們是否能夠良好地解釋宇宙的加速膨脹。

從大爆炸到暴脹，從暗物質(zhì)到暗能量，我們已經(jīng)解決了許多的問(wèn)題。但在這個(gè)過(guò)程中，新的問(wèn)題也不斷地出現(xiàn)。例如，在過(guò)去的十年中，一場(chǎng)關(guān)于宇宙年齡的危機(jī)已經(jīng)展開(kāi)。

從哈勃常數(shù)的值中，我們可以推算出今天宇宙的年齡。1931年，哈勃測(cè)得的哈勃常數(shù)的值為558km/s/Mpc，這個(gè)數(shù)字告訴我們宇宙的年齡僅為10到20億年，比地球的年齡還小，這顯然是不對(duì)的。隨著天文學(xué)觀測(cè)變得越來(lái)越精確，從宇宙微波背景輻射中測(cè)得的宇宙膨脹率，與從最遙遠(yuǎn)的恒星和星系中獲得的膨脹率相比，存在著微小卻令人擔(dān)憂的差異。如果這一差異持續(xù)存在，或許意味著有新的物理等待被發(fā)現(xiàn)。

下一代的地面和空間望遠(yuǎn)鏡，以及各類最新的探測(cè)器都將史無(wú)前例的強(qiáng)大，我們完全有理由期待它們不僅能夠解決很多現(xiàn)有的問(wèn)題，也將揭開(kāi)那些隱藏的、完全意想不到的新事物。也許很快，我們就會(huì)迎來(lái)下一次的宇宙學(xué)革命。

文：大大 / 圖：雯雯