2015级化学学院

施密特是澳大利亚国立大学斯特朗洛山 （Mount Stromlo）天文台天文学家，主要研究方向为超新星和宇宙学。施密特1967年出生于美国，1994年27岁时移民至澳大利亚，在澳大利亚国立大学的支持下领导一个国际团队进行高红移超新星的搜寻工作。1998年，施密特和美国天文学家亚当·里斯领导的研究组和索尔·珀尔马特领导的超新星宇宙学计划组，分别独立地发现宇宙加速膨胀的证据。2011年，珀尔马特、施密特、亚当·里斯分享了当年的诺贝尔物理学奖，获奖理由是“通过观测遥远的超新星而发现了宇宙的加速膨胀”。

据国外媒体报道，我们可能对宇宙膨胀的认识是完全错误的，研究人员获得了最精确的关于宇宙膨胀的测量，宇宙加速膨胀的速度比预期快了8%。如果这个研究结果被证实，那么将改变我们对暗物质和暗能量的理解，以及我们对宇宙本身的理解。这篇论文发表在《自然》杂志上，论文的第一作者亚当-里斯认为在宇宙标准模型中，我们仍然还有不明白的地方。宇宙学家认为暗物质是一种无形的物质，占据宇宙质能的27%，而可见物质仅为5%，目前观测暗物质主要通过其引力效应来发现它们。

暗能量构成了宇宙其他86%的质能，科学家认为这是一种未知的力量，主导了宇宙的加速膨胀过程。我们对暗物质、暗能量已经宇宙膨胀的了解基于宇宙大爆炸遗留下来的微波背景辐射，最近科学家对最详细的宇宙微波背景辐射地图进行了分析，这些图像来自宇宙婴儿时期的状态。基于微波背景辐射分布图，科学家可以预测我们的宇宙如何进行加速膨胀，以及目前的膨胀速度应该是多少。

在这项研究中，最新的观测结果与预测值并不匹配，亚当-里斯和他的团队通过研究某些类型的天体，比如超新星来研究膨胀过程。超新星也被认为是宇宙膨胀的标准烛光，天文学家可以根据它们进行宇宙距离的标记，测量宇宙是如何加速膨胀。如果最新的测量是准群的，那么也可以认为微波背景辐射地图也是正确的，而我们此前对宇宙的基本认识就存在错误。

研究人员还提出了一种解释，认为暗物质可能有一些我们所不知道的属性，其参与了宇宙膨胀过程。随着时间的推移暗物质或许加速了宇宙膨胀的速率。也可能是因为我们对宇宙膨胀测量的方式不正确，比如我们过于依赖超新星标准烛光，如果标准烛光出现问题，那么我们由此得出的加速膨胀就是不精确的

2011年，布莱恩·施密特和他的同事因利用“超新星”作为“宇宙探测器”发现宇宙的加速膨胀而获得了当年的诺贝尔物理学奖，在研究之初，他们的想法是测量宇宙的膨胀速度如何因为万有引力的作用而减缓，而最终的发现却出乎人们的意料，事实证明，宇宙的膨胀速度越来越快。

那么，布莱恩·施密特教授是如何测量宇宙在加速膨胀的呢？他解释道：“我们观察物体远离我们的速度，就像多普勒雷达采用多普勒频移来定位、测量一样。我们测量距离以及这些动作划分的距离，从而计算出宇宙的膨胀速度。我们的测量方法就是观察遥远的物体，在不同的时间做同样的测量，通过比较得出结论。从这个角度来说，这是一个很简单的实验。通过比较过去与现在测量的不同距离，我们得知现在宇宙的膨胀速度比以往快很多，这意味着某些因素发挥了作用，这就是万有引力。它的存在让事情变得有点复杂，从而需要引入其他理论进行解释。”

事实上，宇宙加速膨胀理论与爱因斯坦广义相对论一致。在1915年，爱因斯坦提出了“能量是空间一部分”的观点，这一观点能够解释为什么重力起到促进、而非抑制宇宙膨胀的作用。宇宙加速膨胀从根本上改变了人们的看法。布莱恩·施密特和他的团队通过研究，得出以下的结论：构成人类的元素在宇宙中并非十分重要，相反，比例达到宇宙成分70%的暗能量不断起到加速宇宙膨胀的作用，从而主宰了宇宙的发展。

数十年来科学家大多都认为因为重力的牵引，宇宙膨胀肯定慢了下来。但问题跟着来了，宇宙最后的命运会是如何？太空是否会永远膨胀下去？又或重力最终会阻止太空膨胀，造成太空往自己塌陷，导致大崩塌？

为了解答这个谜团，两组天文学家开始测量太空膨胀的减缓，使用的工具很新奇，就是爆炸的恒星，称为超新星，在巨大爆炸中结束了生命，发光强度非常之高，可以有十亿个太阳那么亮。

超新星的妙处在于它们在爆炸时非常类似，到达的亮度和衰退都差不多一样，因为这种爆炸如此光亮和一致，科学家判断这些超新星会是很精准的宇宙指向标，能让他们追踪随着时间太空的膨胀是如何减缓。问题是超新星十分罕见，为了找到足够的数量，天文学家波莱特多年来致电全球各地的天文学家，央求他们挪出望远镜的时间。因为波莱特等人需要全世界最大的望远镜，需要完美的天气，而在这些完美的天气中，有时候波莱特不得不在半夜打电话过去，让别的天文学家帮助观察半个小时。

当他们终于取得了足够的资料，计算重力的牵引式如何减慢宇宙膨胀，而结果会让他们大吃一惊。结果没有显示出宇宙膨胀有所减缓，而是在加速。仿佛是被我们视之为虚无的太空实则有与生俱来的弹性，所以太空不想被压缩，太空其实想把宇宙往外推。

开始天文学家不敢相信得到的结果，但事实就是这样。天文学家开始相信空间里头充满了某个东西，反制着重力的牵引，把星系往外推，而延伸着宇宙的根本结构。这个填满空间的神秘物质被称为“暗能量”，它逆转了我们对宇宙的设想，它遍及宇宙中最遥远的距离，暗能量主导者宇宙的万物，而我们却不知道它到底是什么，若你去做宇宙当中能量的普查，结果又大约七成都是暗能量，而就在十多年前，甚至没人想象得到有这个东西存在。

所以这等于是虚无空间本身的重量等于宇宙七成的重量，比例约合覆盖地球表面积的水相当，假想我们不知道水是什么，我们对暗能量的了解就是这个情况，我们还不知道要如何去解释暗能量，这百年来，认了发明出一堆花哨的科学仪器，研究量子力学，相对论和粒子物理学，但是全都无法用于解释暗能量。