本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
当布莱恩·施密特在 1993 年获得天体物理学博士学位时，在那一年，以超新星为论文主题毕业的人寥寥无几。五年后，他仍然在研究爆炸的恒星，他将成为独立发现宇宙不仅在膨胀，而且膨胀正在加速的两个团队之一。
宇宙膨胀加速意味着它正在被某种嵌入空间结构本身的能量推开。这种能量占宇宙的 70% 以上。我们称之为暗能量，主要是因为我们对它到底是什么一无所知。
2011 年诺贝尔物理学奖授予了布莱恩·施密特，以及与施密特一起在高红移超新星搜索团队工作的亚当·里斯，以及领导竞争对手超新星宇宙学项目的索尔·珀尔马特，以表彰他们发现宇宙加速膨胀。 颁奖公告称暗能量为“当今物理学中也许是最伟大的谜团”。
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当施密特本月早些时候参加在德国举行的第 62 届林道诺贝尔奖获得者大会时，我遇到了他，并进一步了解了这一发现。
大问题
“我喜欢超新星会变化这个事实，”施密特谈到他的博士论文主题时说。“这很吸引我。”
为了他的博士学位，施密特开发了一种测量 II 型超新星距离的方法，II 型超新星是已经走到生命主要阶段末期的大质量恒星的爆炸。 II 型超新星与其他类型的超新星不同，因为它们在从它们发出的光的光谱中含有氢。他使用这些距离测量来计算一个称为哈勃常数的数字，您可以使用该数字来计算宇宙的年龄。 这个想法是，你可以用它来回顾过去，计算出宇宙膨胀减速的速度——因为，当时人们认为这就是正在发生的事情。“它告诉你宇宙的最终命运。天哪，这是一个大问题，”施密特说。“我喜欢它。”
到 1994 年，在施密特获得博士学位后，技术已经进步到超新星距离现在可以精确测量的程度。“[超新星宇宙学项目] 已经寻找超新星六年了，突然能够找到它们，”施密特说。 超新星宇宙学项目始于 1988 年，由索尔·珀尔马特领导。 该项目正在寻找 Ia 型超新星，Ia 型超新星是由白矮星的爆炸产生的——白矮星本身是一颗恒星的遗迹，其质量不超过太阳质量的 1.5 倍，并且已经停止聚变氢和氦。 来自 Ia 型超新星的光总是遵循相同的模式，这意味着天文学家可以通过其亮度来计算出特定恒星爆炸的距离（例如，参见这张）。
“我们讨论过与他们合作，”施密特说。 但双方小组对如何开展工作都有强烈的看法。“我们存在分歧，而且非常清楚他们不希望我们参与他们的实验，”他补充道。
但施密特仍然觉得他当时想做的事情是正确的事情。 所以他放弃了其他一切，并做了这件事。 他与 尼古拉斯·桑特泽夫一起，于 1994 年成立了 高红移超新星搜索团队，与超新星宇宙学项目竞争，使用 Ia 型超新星追踪宇宙的膨胀。 亚当·里斯负责高红移团队的数据。 当时施密特本应从事另一个项目，但他放弃了。“从事任何其他事情都没有意义，因为这就是我想做的事情，”他说。
“我记得说过，如果那些家伙能找到它们，我们也能，”施密特说。 他形容自己当时年轻、傲慢且天真。“天真总是好的，”他说。 这是一个大胆的举动。 幸运的是，风险得到了回报。
初光
很快，高红移超新星搜索团队获得了他们的第一个数据集，来自 超新星 1995K。 到 1997 年 9 月，他们仍在收集数据，但当时还没有任何不对劲的地方。“在那时，它与一些合理的东西是一致的，”施密特说。
但到 1997 年底，高红移超新星搜索团队的结果显然绝非合理。 超新星似乎在告诉他们，宇宙的膨胀不仅没有减速，实际上还在加速。 “亚当 [里斯] 把所有这些数据放在一起，他给我发了一张图，”施密特说。“邮件的主题行是‘你觉得这个怎么样？’，仅此而已。”
施密特和里斯在电话中讨论了里斯通过电子邮件发送的改变范式的图表。 他们决定在与任何人谈论之前，再次检查数据分析的每个步骤。“我的最初反应是我们一定犯了某种错误，”施密特说。
他们在 11 月底开始了那项艰苦的过程。“我当时正在一边摸索一边学习这些东西，因为很明显我们必须做一些新的事情，”施密特说。 到一月初，他们就分析的“每一个细节”达成了一致。“我记得那一刻，我心想：我们必须把这件事告诉团队里的所有人。 然后我们必须在某个时候告诉全世界，”他说。
研究团队的一些成员对这些发现感到不安是可以理解的。 施密特回忆起告诉他们：“我也觉得很不安，但我已经研究了六个星期了，无法摆脱它。” 该团队能够提出一些施密特和里斯没有做过的测试。 因此，他们在接下来的几个月里做了这些测试。
但加速膨胀的宇宙仍然存在。
逼近
在施密特小组忙于检查和重新检查他们的分析的整个过程中，他们知道索尔·珀尔马特的小组也在研究同样的问题，试图用超新星测量宇宙的膨胀。 但他们认为他们的竞争对手得到了相反的答案，一个表明宇宙膨胀正在减速的答案，正如所有人预期的那样。
他们没有。 1998 年 1 月 8 日，索尔·珀尔马特代表超新星宇宙学项目在华盛顿特区举行的美国天文学会会议上展示了暗示宇宙正在加速膨胀的数据。 第二天，《旧金山纪事报》的查尔斯·佩蒂特在报纸头版报道了这一发现。 这是施密特小组的任何成员第一次听说超新星宇宙学项目的数据。
“这当然让我们集中了注意力，”没有亲自参加美国天文学会会议的施密特说。“我们全力以赴。 我们在 2 月 23 日向世界展示了我们的结果。 [珀尔马特的小组] 对此感到非常惊讶，”施密特说。
当他们宣布他们关于宇宙加速膨胀的证据时，施密特担心他们会被“钉在十字架上”。 但他说，有两个团队同时独立得出相同的结果，这是一件大事。
解决问题
帮助这一结果获得接受的另一件事是，它解决了很多问题。“在前七八年里，人们已经知道，如果宇宙学常数存在，它将解释当时宇宙学模型中的几个异常现象，”施密特说。 宇宙学常数是对暗能量的最简单描述，暗能量是导致宇宙加速膨胀的力。 奇怪的是，阿尔伯特·爱因斯坦最初提出宇宙学常数是为了让他的方程能够描述静态宇宙。 当 20 世纪 20 年代的天文学家发现宇宙毕竟不是静态的，而是在膨胀时，他很快放弃了他的宇宙学常数版本。 但自从发现宇宙加速膨胀和暗能量以来，宇宙学常数项再次受到青睐，成为使描述宇宙的方程与天文学家所见相符的一种方法。 添加宇宙学常数本质上对宇宙具有反重力效应，使其能够在应该减速时将自身推开。
当将宇宙学常数添加到混合物中时，宇宙学的许多方面突然变得有意义了。“如果存在宇宙学常数，整个暴胀情景很容易解释，”施密特说。“它使大规模结构起作用。 它使宇宙变得平坦，它使宇宙的年龄变得正确。 这意味着哈勃常数可以达到我们测量的水平。 这意味着 [宇宙的物质密度] 可以达到我们测量的水平。 一切都奏效了。”
高红移超新星搜索团队一直很谨慎，没有宣布一项发现，而是宣布了观测证据。 他们和超新星宇宙学项目都有三个西格玛的置信度，这意味着他们的结果是偶然发生的概率为 0.27%。 他们合起来有四个多一点的西格玛——这使得偶然发生的概率更小。 但仍然足够大，让一些人担心。 因此，他们在随后的几年里努力积累证据。
施密特说，这一发现的现实真正让他信服是在 2000 年。 两个独立的实验，MAXIMA 和 BOOMERANG，它们都测量了早期宇宙遗留下来的光子，即宇宙微波背景辐射，表明宇宙是平坦的。 他们的发现与一个经历了早期快速暴胀时期、包含难以捉摸的物质暗物质的宇宙相吻合——最重要的是，需要一个宇宙学常数。“在那时，我就是看不到任何摆脱它的方法，”施密特说。
消失的宇宙
“宇宙标准模型的唯一问题是它要求我们虚构 95% 的宇宙”
快进到上个月，施密特在 2012 年林道诺贝尔奖获得者大会上介绍了他的演讲。 如果有人在星期一早上的第一堂课上还没完全清醒，那么这句话肯定会让他们清醒过来。 施密特指的是宇宙能量密度中只有约 5% 是由普通物质（如原子）组成的这一事实。 约 23% 是暗物质。 剩下的 70% 以上是驱动宇宙加速膨胀的暗能量。“我仍然不喜欢它，”施密特说。“但它有效，而且最终，它并没有丑陋到我们不应该接受它的程度。”
我们可能不得不与暗能量共存，但弄清楚它到底是什么将证明是一个难以置信的挑战。 宇宙学常数只是一种想法，即使这样也更像是一个起点，而不是最终答案。 它需要更详细的挖掘，才能更好地描述宇宙的状态和未来。 但这绝非易事。“现实情况是，要接触到暗能量领域将非常困难。 因为我们无法在实验室中创造它，这就是问题所在，”施密特说。
然而，他确实有一些想法。“如果我可以做我的大型实验来测量状态方程参数[宇宙学家插入描述宇宙的方程中的数字]，我将使用重子声波振荡。”
重子声波振荡是早期宇宙中声波引起的物质密度波动。 它们在今天的星系和物质的聚集中留下了印记。 我们知道它们在早期宇宙中应该有多大，因此通过观察今天星系的分离，天文学家可以计算出这些星系有多远——并绘制出宇宙的膨胀图。
“但我将让别人来做这件事，”施密特说。
从 7 月 1 日到 6 日，我作为林道博客团队的一员参加了在德国举行的林道诺贝尔奖获得者大会。 您可以在此处阅读我在那里的帖子，或在林道博客上阅读。
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2012 年 8 月 5 日更新，以反映尼古拉斯·桑特泽夫在高红移超新星搜索团队的形成中所起的作用（参见他的评论）。