宇宙的隐形推手：暗能量探测的百年追寻

1998 年的某个深夜，加州大学伯克利分校的亚当・里斯盯着电脑屏幕上的超新星数据，手指无意识地敲击着桌面。屏幕上跳动的光斑来自 100 亿光年外的星系，那些被称为 Ia 型超新星的天体本应呈现可预测的亮度，实际观测却比理论计算暗淡了近三成。这个微小的偏差，正在悄然颠覆人类对宇宙的认知。

亚当的团队与另一组天文学家正通过哈勃望远镜追踪宇宙膨胀的轨迹。此前学界普遍认为，大爆炸后宇宙的扩张速度会因引力作用逐渐放缓，就像抛向高空的皮球终将回落。他们计划通过超新星的亮度变化测算减速幅度，却在数据中发现了截然相反的信号：这些遥远天体的退行速度正在加快，仿佛有某种神秘力量在推着宇宙不断向外伸展。

“当时我们以为是仪器出了问题。” 亚当后来在访谈中回忆。团队反复校验数据，排除了哈勃望远镜的观测误差，甚至重新校准了超新星亮度的计算模型。直到 1998 年年初，两组独立研究同时公布结论：宇宙正在加速膨胀，这种现象背后的未知力量被命名为 “暗能量”。这个发现像一颗投入物理学界的巨石，连爱因斯坦的广义相对论都需要重新审视 —— 早在 1917 年，爱因斯坦曾在方程中引入 “宇宙学常数” 来维持宇宙静态，后来又将其称为 “最大错误”，而暗能量的发现竟让这个被抛弃的概念重获新生。

暗能量的探测注定是场与虚无的博弈。这种占据宇宙总能量密度 68.3% 的存在，既不发光也不与普通物质发生相互作用，唯一的痕迹藏在宇宙的膨胀速率和结构演化中。科学家们很快找到三种追踪它的 “探针”，Ia 型超新星便是其中最关键的一种。这类超新星源于白矮星吸积伴星物质后的爆炸，其峰值亮度恒定如一，就像宇宙中标准的 “烛光”。通过比较观测亮度与理论亮度的差异，就能推算出天体的实际距离，进而反演宇宙在不同时期的膨胀状态。2003 年，哈勃望远镜发现的一颗 100 亿年前的超新星进一步证实：宇宙在诞生后的前 70 亿年确实处于减速膨胀阶段，直到约 60 亿年前，暗能量的排斥力超过引力，才开启了加速扩张的进程。

引力透镜技术则为暗能量探测打开了另一扇窗。根据广义相对论，大质量天体如星系团会像透镜一样弯曲周围的时空，使后方天体的光线发生偏折。2015 年，欧洲普朗克卫星通过观测这种 “引力畸变”，绘制出首张高精度的暗能量分布地图。科学家们发现，暗能量的分布并非均匀一致，在星系密集区域会呈现微弱的波动，这种波动与宇宙微波背景辐射中的温度起伏形成呼应。中国天文学家赵公博团队后来通过分析弱引力透镜数据更发现，暗能量的 “状态方程” 并非恒定不变，这与标准宇宙学模型中 “暗能量是真空能量” 的假设产生了冲突。

宇宙微波背景辐射（CMB）则保存着暗能量最古老的线索。这种大爆炸遗留的电磁辐射，就像宇宙的 “婴儿照片”，其温度涨落记录了早期宇宙的物质分布。2001 年发射的威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）首次捕捉到 CMB 中的细微起伏，通过分析这些数据，科学家精确测算出暗能量的占比，并证实宇宙是平坦的 —— 这一结论只有在暗能量存在的前提下才能成立。2013 年，普朗克卫星的观测进一步将暗能量密度的测量精度提升至 1% 以内，为后续研究奠定了基础。

技术的革新让探测精度不断突破。地面观测设备如美国的暗能量光谱巡天（DESI）项目，通过部署 5000 根光纤光谱仪同时观测百万个星系，绘制出宇宙的三维结构图。赵公博团队参与该项目十余年，2025 年发布的研究成果显示，暗能量的动力学属性信噪比已超过 4 个标准差，这意味着它可能并非爱因斯坦预言的恒定常数，而是随宇宙演化而变化的动态能量。这一发现让暗能量的本质变得更加扑朔迷离：它究竟是真空本身的属性，还是某种未知的量子场？抑或是我们对引力的理解存在根本性缺陷？

数据处理成为暗能量探测的另一重挑战。每台探测器每年都会产生数十 TB 的原始数据，其中混杂着大气干扰、仪器噪声等多种干扰信号。科学家们开发出专门的滤波算法，通过低通滤波器去除高频噪声，再用高斯平滑技术凸显信号特征。机器学习的引入更让数据分析效率倍增，2024 年，DESI 团队利用深度学习模型自动识别星系光谱中的 redshift 信号，将数据处理时间从数月缩短至两周。这些技术突破背后，是全球数百位科学家的协作，他们如同侦探般在海量数据中寻找暗能量留下的蛛丝马迹。

如今，哈勃望远镜已退役，但韦伯空间望远镜接过了探测的接力棒。它凭借更高的观测精度，能捕捉到更遥远星系的超新星信号，将探测范围延伸至宇宙诞生初期。中国的 “巡天” 空间望远镜也计划于 2025 年后投入使用，其搭载的弱引力透镜成像仪有望为暗能量研究提供全新数据。这些设备就像人类投向宇宙的眼睛，持续凝视着那个看不见的 “推手”。

当我们仰望星空时，看到的星系、恒星不过是宇宙的冰山一角。暗能量如同一张无形的大网，包裹着整个宇宙，推动着它不断加速膨胀。亚当・里斯在获得诺贝尔奖时曾说：“我们发现了宇宙中最主要的成分，却对它一无所知。” 这种未知恰恰是科学最迷人的地方 —— 那些藏在数据背后的异常信号，那些理论与观测的细微偏差，或许正指引着人类揭开宇宙最根本的奥秘。我们与暗能量的对话才刚刚开始，而宇宙的答案，可能就藏在下一次观测的微光里。

常见问答

1. 暗能量和暗物质是同一种东西吗？

不是。暗物质约占宇宙总质量的 27%，通过引力作用影响星系运动；暗能量占比 68.3%，表现为排斥力，驱动宇宙加速膨胀。两者均不可见，但物理性质和作用机制完全不同。

2. 为什么 Ia 型超新星能用来探测暗能量？

Ia 型超新星的峰值亮度具有恒定标准，被称为 “标准烛光”。通过测量其观测亮度与理论亮度的差异，可精确计算天体距离，进而反推不同时期的宇宙膨胀速率，间接探测暗能量的影响。

3. 中国在暗能量探测中有哪些贡献？

中国科学院国家天文台赵公博团队参与 DESI 项目，证实暗能量可能存在动力学属性；“巡天” 空间望远镜计划搭载专用设备，将通过弱引力透镜技术开展高精度观测。

4. 暗能量会让宇宙最终走向何方？

若暗能量持续增强，宇宙可能进入 “大撕裂” 状态，所有物质被撕碎；若保持稳定，膨胀将持续加速，星系间距离无限增大。但目前尚无定论，需更多观测数据支撑。

5. 普通人能为暗能量研究做些什么？

可通过参与公民科学项目（如星系分类志愿者计划）协助处理观测数据；关注空间望远镜的公开数据，了解最新研究进展。基础科学的突破往往源于大众对未知的好奇与关注。