哎呀，我又在标题里用上了那个挑衅性的“w”。我再次感到有必要提前告诉您，这篇文章是关于暗能量的，不是“小布什”（Dubya）。过去六七年里，我最感兴趣的研究问题之一就是是什么在驱动宇宙加速膨胀。正如我之前提到的，宇宙学家现在对宇宙的能量构成有了清晰而令人惊讶的解释。多种技术提供了令人信服的证据，表明宇宙由（大约）5%的重子物质（构成您、行星和恒星的物质，占据它们之间的大部分空间）、25%的暗物质（一种神秘的、弱相互作用的组分，它聚集在一起，提供了巨大的引力势阱，普通物质可以在其中形成并与暗物质结合形成星系）以及高达70%的暗能量组成，暗能量具有负压，负压足够大，足以使宇宙膨胀加速。这方面最著名的证据来自两个来源。第一个是Ia型超新星的光变曲线观测。与平坦的、以物质为主导的模型相比，这些数据更适合由某种形式的暗能量主导的宇宙。第二个是来自宇宙微波背景辐射（CMB）中微小各向异性的研究，最终是威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）卫星进行的观测。这些涨落的统计细节允许提取各种宇宙学参数，包括各种宇宙能量组分的相对密度。正如我在一篇之前的文章中描述的那样，有时用所谓的“状态方程参数”（equation of state parameter）w来参数化暗能量是方便的。如果我们将暗能量视为一种理想流体，这个参数告诉我们，流体的压力与其能量密度之间的关系。目前观测的界限将w置于（非常粗略地）-0.8到-1.2的范围内。对于任何w < -1/3的情况，都会发生加速。上次我发布有关暗能量的文章时，我描述了观测允许范围内w < -1的区域带来的一些理论挑战。但在这里，我想提出在解决宇宙加速的决定性但困难的问题上，如何通过实验和观测取得进展的问题。从理论上讲，关于暗能量的性质有三大类想法。第一种是宇宙加速可能源于纯粹的宇宙常数。第二种假设宇宙的真真空能量为零，并且某种奇异物质组分（如标量场）的动力学可能驱动加速。这种方法就像在晚期宇宙中发生宇宙暴胀一样，被称为“精质”（quintessence）。最终的方法是再次将真空能量设为零，然后通过广义相对论的长程修改来负责宇宙加速。这些想法（如果其中有的话）哪一个是正确的，只能通过对我们的宇宙及其行为和演化规律的微观和宏观相互作用进行越来越精确的测量来决定。这正是那个大问题所在。在理解宇宙加速方面，我们最有希望取得显著的观测和/或实验进展是什么？我们如何最好地确定w在空间和时间上是恒定的（宇宙常数）还是不是（某种精质或修改引力模型）？如果我们能够做到这一点，我们如何进一步缩小可能性并确定宇宙加速的根源？好消息是，我们并非没有想法（这里“我们”并非意味着我自己即使拼了命也造不出一个现代实验）。在所有这些“外层空间”方面，有许多太空和地面实验计划，将通过对超新星进行更精确的测量，通过对CMB进行更精确的测量，以及通过对引力透镜效应统计的详细观测来探测暗能量。这些都是强大的技术，并具有巨大的潜力。在“内层空间”方面，我们将很快看到欧洲核子研究中心（CERN）附近日内瓦的大型强子对撞机（LHC）的启动。这个世界上最大的机器和粒子对撞机有望在以前无法企及的能量下揭示新的物理现象，也许与未来的国际直线对撞机（ILC）结合，将向我们揭示粒子物理学与时空物理学如何融合的新图景。这种联系可能以超对称（SUSY）或额外的空间维度的形式出现，但只有在进行实验后我们才能知道。新机器发现的新物理现象可能会为我们提供对暗能量的至关重要的新见解。我故意在最后两段中省略和简化，只提到了几种实验和技术。这是因为我不想在这里过多地谈论实验或它们的具体细节，或我对它们的看法。相反，我想开启一个关于如何最好地研究宇宙加速物理学的讨论。鉴于我们对加速宇宙的了解，取得进展最有希望的方式是什么？现有和新提出的想法的优缺点是什么？是否有创造性的方法来研究暗能量的微观性质？我很想听听一些聪明、深思熟虑的关于这些问题的讨论，就像《宇宙差异》的评论员们正变得闻名的那样。
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