解读2011年诺贝尔物理学奖：宇宙如何膨胀？ _诺贝尔

宇宙如何膨胀？
——所有的星系都在离我们远去
导读：1915年，爱因斯坦发表了他的广义相对论，此后这一直是我们理解宇宙的基础。按照广义相对论，宇宙只能收缩或者膨胀，不可能稳定不变。但事实刚好相反：宇宙正在膨胀。观测到的宇宙膨胀，在理论计算中其实已经被人提出过了。宇宙的膨胀始于140亿年前的大爆炸，但在最初几十亿年里，宇宙膨胀的速度是越来越慢的。但最终，它开始加速膨胀。这种加速被认为是由暗能量驱动的，这种暗能量起初只占宇宙的一小部分。但随着物质在宇宙膨胀过程中逐渐稀释，暗能量变得越来越显著。
1、宇宙的膨胀来自超新星的大爆炸
超新星（即大质量恒星）爆炸的概念是1934年由茨维基和巴德提出的。他们猜测当一些恒星寿命结束时将会塌缩，然后发生爆炸，其亮度可达到十亿甚至百亿个太阳的亮度，巴德和茨维基也观测到了一些超新星。
宇宙中其实有两种不同的超新星：一种是茨维基最早提出的核塌缩超新星，另一种其爆炸机理不同，现在一般认为是白矮星（质量比较低的恒星比如太阳在燃尽核燃料后就会变成白矮星）从其伴星中吸积（吸积是围绕年轻恒星的星盘入面的碎片渐渐变大,最后形成行星的过程;即是天体通过引力“吸引”和“积累”周围物质的过程。）物质，到一定程度后再发生核爆炸。但有趣的是，茨维基和巴德最早观测到的超新星都是后面这种他们所未曾想到过的类型，他们把这种发生爆炸的白矮星称为“Ia型超新星” 。
2、如何发现宇宙中的“超新星”？
尽管我们上面超新星非常亮，但放在浩瀚的宇宙之中，也只是微弱的一点。如何寻找超新星？这意味着研究团队必须彻查整个天空，来寻找遥远的超新星。诀窍就在于，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?。拖嗟庇谀闵熘笔直凼笨吹降闹讣赘谴笮?。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，两张照片就可以拿来比对，希望能够从中发现一个小小光点，即CCD图像中的一个像素——这有可能就是遥远星系中爆发了一颗超新星的标志。只有距离超过可观测宇宙半径1/3的超新星才是可用的，这样做是为了消除近距离星系自身运动而带来的干扰。
3、宇宙膨胀的加速度来自一种未知的暗能量
是什么在加速宇宙膨胀呢？这种神秘力量被称为暗能量，它向物理学提出了一大挑战，至今无人能够破解这一谜题。科学家已经提出了若干想法。宇宙膨胀的这种加速度暗示，在蕴藏于空间结构中的某种未知能量的推动下，宇宙正在分崩离析。这种所谓的“暗能量”（dark energy）占据了宇宙成分的绝大部分，含量超过70% 。它的本质仍然是谜，或许是今天的物理学面临的最大谜题。
宇宙的组成部分，除去上文所说的暗能量，还有像我们人类所在的这个星球这样的常规物质之外，还有一个组成部分那就是暗物质。暗物质是我们大都未知的宇宙中另一个迄今未解的谜题。与暗能量一样，暗物质也是不可见的。对于这两样东西，我们只知道它们发挥的作用—— 一个是推，另一个是拉。名字前面那个“暗”字，是它们唯一的共同点。
4、超新星爆炸时的“红移”现象说明，星系正在离我们远去
红移现象指的是白矮星爆炸的光在远离我们的时候，其光波长会被拉长，而波长越长，它的颜色就越红。目前对红移现象的公认解释为：速度造成红移。例如：当一列火车向我们奔驰而来时，它的汽笛声尖锐刺耳，因为火车的高速运动使声波波长被压缩，能量密度增加。相反，当火车离开我们飞驰而去时，它的汽笛声则低沉幽缓，简称多普勒效应。