二十世紀末發(fā)現(xiàn)的天文大事件中，莫過于通過Ia型超新星觀測發(fā)現(xiàn)宇宙正在加速膨脹這一令人震驚的事實！從上世紀二十年代起，已經通過勒梅特和哈勃的觀測發(fā)現(xiàn)遙遠的宇宙曾在快速的離去，而宇宙正在膨脹這個事實也正逐漸被大眾所接受，但宇宙正在加速膨脹的發(fā)現(xiàn)著實給了宇宙學家們不小的打擊，因為他們又得修改宇宙學模型了。

宇宙正在加速膨脹？

其實發(fā)現(xiàn)宇宙正在加速膨脹的還不止一個研究小組，因為在80年代末和90年代初，由Perlmutter 領導的“超新星宇宙學項目”于1989年啟動。由Schmidt 、Riess 與 Filippenko領導的“高紅移超新星探測組”，也在隨后的1994年啟動，目標都對準了宇宙中的標準燭光Ia型超新星，但這很困難，因為Ia型超新星本來就比較少，而且要求還是盡可能遠（宇宙在大尺度上的膨脹紅移才會更明顯）

功夫不負有心人，兩個小組都找到了足夠的目標天體并且通過統(tǒng)計與研究分別得出了結論，作為標準燭光的Ia型超新星的光度看起來比宇宙“標準速度”下膨脹要更暗淡一些（紅移更嚴重），如果按距離計算那么大約要遠10%-15%左右。

根據(jù)這項研究，兩個團隊都分享了2011年的諾貝爾物理獎。

什么是紅移？

在這里我們要簡單介紹些這個宇宙學名詞，與日常中我們司空見慣的喇叭聲靠近和遠離時不一樣，光源在接近和遠離時同樣會有類似的效果，這種效果叫做多普勒頻移！

光源靠近時，頻率被壓縮，看到的光線會向藍紫方向移動，稱為藍移。如果光源遠離則光頻率會被壓縮，則看到的光線向紅光方向移動，稱為紅移，遙遠天體都遠離速度會根據(jù)距離不一，因此天體的紅移值會表示它距離地球的遠近程度

Ia型超新星是什么星？

這種超新星是一種特殊條件下形成的超新星，一般都是雙星中的一顆先演化到碳氧白矮星階段，因為溫度不夠，恒星內核在沒有熱壓力的情況下坍縮為碳氧白矮星，而雙星中的另一顆演化到紅巨星階段時，其膨脹的氣殼將會落入白矮星的洛希瓣而被吞噬，當吞噬物質增加，內核壓力增大，溫度上升將會觸發(fā)碳聚變，與恒星內核可以自我調節(jié)熱壓力不一樣，這種簡并態(tài)物質聚變并不是白矮星的質量所能控制，最終這種失控的核聚變反應將整顆白矮星徹底炸散，中心不會再留下天體。

Ia型超新星爆發(fā)的質量比較穩(wěn)定，都是超過錢德拉塞卡極限時坍縮導致核心失控核聚變，這種超新星爆發(fā)的光度很穩(wěn)定，因此天文學家經常將其作為“標準燭光”參考測定星系距離。

另一種Ia型超新星是兩顆白矮星合并（還有一種特殊的IaX型，有興趣的朋友可以搜索了解下）。

宇宙膨脹與Ia型超新星之間的關系

上文我們說明紅移的原因，而宇宙正在膨脹，據(jù)最新測定，哈勃常數(shù)為67.15千米/秒/百萬秒差距，根據(jù)這個結果測算的在某個星系的紅移尺度是有一個范圍的，上文兩個團隊的研究展示了宇宙正以超過我們測算的速度膨脹，這就是宇宙正在加速膨脹的由來。

宇宙為什么會加速膨脹？

1、宇宙的臨界密度

從宇宙大爆炸模型逐漸被接受以來，宇宙膨脹速度的測定與宇宙未來的結局就一直是大家津津樂道的話題，膨脹的宇宙有一個重大的制約因素，因為質量彎曲的時空會將整個宇宙的天體最終匯集到一起，但這有一個衡量標準，這個標準是根據(jù)在弗里德曼－勒梅特－羅伯遜－沃爾克度規(guī)和廣義相對論。

弗里德曼-勒梅特-羅伯遜-沃爾克度規(guī)是根據(jù)宇宙學原理，在滿足均勻性與各向同性的要求上，宇宙的形狀只有三種，不過這個名字念起來實在太長，一般都稱羅伯遜-沃克度規(guī)

當然這還有一個前提，就是K的取值，2009年發(fā)射的普朗克衛(wèi)星通過宇宙微波背景輻射以及引力透鏡與重子聲學振蕩等的綜合觀測，發(fā)現(xiàn)宇宙的平坦度為0.001±0.006，即宇宙在6‰的精度上仍然是平坦的。那么以此為標準推導出宇宙臨界密度計算公式：

當H=70千米/秒/百萬秒差距時，宇宙的臨界密度為3.6×10^-30g/cm^3，當前宇宙膨脹速率為67.15千米/秒，兩者非常接近。

2、暗能量

似乎我們的宇宙正是要如此臨界狀態(tài)維持下去，但1998年從Ia型超新星爆發(fā)觀測到宇宙的膨脹似乎正在超過我們以往觀測到的宇宙膨脹速度，而且要高出10-15%。跟根據(jù)觀測到的Ia型超新星測算，宇宙在誕生98億年時開始加速膨脹，這個膨脹大約在距今約40億年前開始加速。

天文學家是厚黑學的高手，立即修改宇宙膨脹的模型，引入了暗能量這個概念來解釋宇宙為什么會加速膨脹，并且WMAP和后續(xù)普朗克衛(wèi)星通過觀測，計算了宇宙中最精確的物質比例，這是第二個大跌眼鏡的數(shù)據(jù)。宇宙中居然物質只有4.9%，暗物質則占了26.8%，暗能量甚至占到了68.3%。如果按照這個比例下去，未來的膨脹模型將會以宇宙無限膨脹告終。

暗能量：這是美國理論宇宙學家麥可·特納在1998年因宇宙加速膨脹而提出的一個概念，天文學家認為暗能量是某種直接作用于時空結構的能量，產生的和引力相反，導致時空結構膨脹的能量。請注意，到現(xiàn)在為止暗能量仍然只是一個計算值。

宇宙未來的結局是什么？

在暗能量的主導下，宇宙的未來是一個可以預期的結果，無限膨脹，一直到熱寂的狀態(tài)，盡管宇宙學模型提出幾個宇宙未來的結局

但從現(xiàn)代天文的觀測中，所有的證據(jù)都指向宇宙將達到無限膨脹的熱寂狀態(tài)，我們很容易可以理解這個熱寂是什么意思，因為空間的無限膨脹，未來宇宙的密度將會達到臨界密度以下，物質的引力再也無法讓宇宙重新走向穩(wěn)定或者坍縮，最終星云也將消散，紅矮星熄滅后再也無法誕生新的恒星，宇宙陷入一片黑暗，但這只是熱寂的開始而已。

質疑的聲音

2015年6月，三位相關領域的研究專家在《科學報告》上發(fā)表了一篇文章，分析了JLA提供的740顆Ia型超新星樣本（比早先兩個小組用的超新星樣本數(shù)量高出幾十倍），他們認為宇宙加速膨脹的確信度不足3σ（Σ小寫 ，用于表示統(tǒng)計學上的標準差），而一般用于粒子物理中的標準是5σ

作為圍觀群眾的您是否有松了一口氣的趕腳嗎？但請你不要高興的太早了，因為瞬間反轉的好戲還在后頭！

瞬間反轉：支持的聲音

在三位質疑的聲音還在余音繞梁之時，同年十月勞倫斯伯克利國家實驗室的 Hayden 與佛羅里達州立大學物理系、勞倫斯伯克利國家實驗室的 Rubin 在 arxiv 網上發(fā)表論文表示支持1998年兩個小組的研究工作，他們也對JLA提供的Ia超新星樣本進行了嚴格分析，確信宇宙確實在這個尺度上出現(xiàn)了加速膨脹的跡象。

諾貝爾獎的一錘定音

2011年，領導兩個小組各自得出結論的負責人獲得2011年的諾貝爾物理學獎，根據(jù)各自在團隊中的貢獻一起分享了獎金。

可能大家都知道愛因斯坦從未因相對論獲得諾貝爾物理獎，并不只是評選委員為那幫老古董看不明白他那天書般的理論，而是很難驗證，諾貝爾獎在這一方面尤其謹慎，此次兩個小組獲獎這一實錘基本上是科學界在宇宙膨脹這一理論上支持了加速膨脹這個觀點。

宇宙正在加速膨脹的目標直指熱寂，也就是俗稱的大撕裂，不過各位卻不必太擔心，因為這距離現(xiàn)在還早呢，而且宇宙膨脹在本星系群的尺度上表現(xiàn)是不明顯的，在這個范圍內主導的是引力，因為暗能量需要在大尺度上才會接過引力主導的大棒。