1917年1月，阿尔伯特·爱因斯坦正在为他的广义相对论做最后的润色，但他决定稍微作弊一下。这位曾说过想象力比知识更重要的人，试图用他的新理论来解决一个古老的宇宙难题，但却毫无进展。根据牛顿定律，恒星和其他天体通过引力相互吸引。一种抵消性的推进力，比如一场大爆炸，可以克服这种吸引力，但一旦它消失，引力又会开始将事物拉拢在一起。无论如何，宇宙中的物质都应该在运动——要么冲向太空，要么聚集成某种宇宙毛球。
但牛顿和爱因斯坦所知的宇宙是一个温顺、稳定的地方。银河系是镇上唯一的星系，它的恒星似乎固定在天空中。夜空的看似静止曾困扰了牛顿，即使是像相对论这样强大的理论也未能解释它。于是爱因斯坦在他的方程中添加了一个任意项。从数学上讲，它就像一种均匀分布在宇宙中的排斥力。他说，在引力拉动的地方，这种力以相同的程度向后推。他称这个修正因子为λ（lambda），最终它被称为宇宙常数。
爱因斯坦对λ一直感到不安，因为他无法指出任何理论或实验证据来证明它的存在。他晚年称之为他最大的错误。“无可否认，”他写道，“[λ]并没有得到我们现有的引力知识的证实。”但爱因斯坦的想象力总是比他那个时代的知识更强大，而现在，将近一个世纪之后，他的错误开始看起来像是又一个不可思议的天才之举。
在过去的75年里，天文学家彻底修改了他们对宇宙的看法。埃德温·哈勃在1929年指出，宇宙并非静止不动，而是在膨胀——它一直在变大，仿佛某种原始爆炸正在将它的内容物推开。那次原始爆炸被称为大爆炸，而膨胀的宇宙是它的产物。50年来，大爆炸宇宙学占据了主导地位。
然而，三年前，来自遥远垂死恒星的光线揭示，宇宙的边缘正以越来越快的速度相互远离。宇宙似乎不仅在增长，而且增长得越来越快。宇宙越大，它增长得越快。某种无处不在的排斥力正在宇宙的边缘驱动，踩下了油门。而且看不到任何红灯。这种神秘的推进力看起来很像λ。
今天的宇宙学家称这种力为暗能量：“暗”是因为它可能无法被探测到，“能量”是因为它不是物质，而物质是唯一的其他选择。尽管具有险恶的含义，暗能量是一个信标，它可能引导物理学家找到一种难以捉摸的“最终理论”：统一所有已知力，从束缚原子组成部分的力到塑造空间的引力。与此同时，暗能量的概念有助于调和近期关于宇宙形状和组成的令人困惑的一系列观测结果。
事实上，物理学的未来和宇宙的命运最终可能取决于一种迄今为止仅限于猜测的反引力。专家们认为他们知道暗能量在宇宙中扮演的角色。现在他们所要做的就是弄清楚暗能量到底是什么。
哈勃和他的天文学家同僚们通过观察到所有方向的星系都在不断相互远离，从而发现了宇宙的膨胀。他能够通过一种称为红移的现象来追踪这种运动，其中可见星光在穿过膨胀空间时被拉伸成更长的波长（朝向可见光谱的红色末端）。红移的量取决于宇宙膨胀的速度以及观测者与星系的距离。
回旋镖数据证实宇宙的形状是平坦的。这意味着宇宙中含有足够的物质，使光子在空间中沿直线传播。如果宇宙的物质含量多得多或少得多，微波背景中（显示为蓝色和黄色）的明显斑块将显得比平坦宇宙中更大或更小。图表由马特·赞绘制，改编自回旋镖合作组织的数据
爱因斯坦、牛顿和大多数其他物理学家都曾认为引力会阻止膨胀。但在哈勃突破数十年后，天文学家们仍在试图测量假定的减速。答案最终在20世纪90年代后期出现，来自研究恒星在壮观爆炸（称为超新星）中死亡的光线的巨型望远镜。超新星是宇宙中最明亮的事件之一，因此可以从非常遥远的地方看到。由于来自最遥远超新星的光线必须传播数十亿年才能到达我们的望远镜，天文学家可以通过其红移来获取追溯到数十亿年前的膨胀历史记录。
三年前在华盛顿特区的一次会议上，劳伦斯伯克利实验室的一个研究小组展示，来自非常遥远超新星的光线拉伸程度小于根据当前膨胀率预测的程度。显然，宇宙在过去膨胀得比现在慢。膨胀并没有像预期那样减速；它正在加速。这一发现是反直觉的，并且基于全新的方法论。但与此同时，由哈佛-史密森天体物理中心Brian Schmidt和Robert Kirshner领导的第二个空间望远镜研究小组也得出了相同的结论。
“我们似乎一定做错了什么，”基什纳说。“宇宙常数名声太差了，你知道吗？我的意思是，‘爱因斯坦搞砸了。你凭什么认为自己能做得更好？’”
“我惊呆了，”芝加哥大学宇宙学家迈克尔·特纳回忆起他在华盛顿会议上首次接触到证据时的情景，他附和道。“然而一切都水到渠成。这就是我们一直在寻找的答案。”
特别地，特纳一直在寻找一种方法来解决其他实验中出现的描述宇宙状态的相互冲突的结果。一系列研究试图通过考虑宇宙中物质的密度来确定宇宙的形状。爱因斯坦已经证明，物质以可预测的方式弯曲空间，因此具有不同物质密度的宇宙将具有不同的形状。他的理论允许三种形状：负曲率，其中宇宙看起来像一个马鞍；正曲率，其中宇宙是球形的；以及平坦，这是最不可能的情况，其中物质的总密度不会扭曲空间，光子沿直线传播。平坦空间并非二维；它只是没有弯曲。
每种形状都对应一个用符号欧米茄（omega）表示的物质密度。要创建一个平坦的宇宙，物质必须达到所谓的临界密度，这意味着欧米茄等于一。在马鞍形宇宙中，欧米茄小于一；在球形宇宙中，它大于一。天文学家试图通过测量空间弯曲光束的方式来确定欧米茄的值并区分这些几何形状。他们喜欢测量的光不是可见光；它是大爆炸留下的微波辐射，在宇宙的最远端发光。该微波信号中的失真可以揭示中间空间的形状。在马鞍形宇宙中，微波背景的明显斑块会显得比预测的要小。球形宇宙会放大背景辐射的斑块。在平坦宇宙中，背景辐射的斑块会最接近其预测大小。
最近对微波背景辐射的研究暗示宇宙是平坦的。但去年春天，德克萨斯州和南极洲上空搭载气球的仪器提供了令人信服的证据。辐射中的微小波动是预期的尺寸。最精确的测量结果表明，宇宙的形状是平坦的；它具有临界密度，并且欧米茄等于一。
不幸的是，这些发现与宇宙中物质清查的结果不符。物质的密度可以通过它对光和星系演化的区域引力效应来推断。当恒星学家使用这些方法来清点宇宙的内容时，所有的人、行星、星系和气体加起来，仅占微波背景数据预测密度的不到十分之一。即使是最详尽的调查，包括最近才发现的奇异物质形式，也只发现临界密度的三分之一。没有足够的物质来解释天文学家观测到的平坦性。特纳说，尽管这看起来不太可能，但宇宙似乎主要由空空间——真空组成。
“而这一发现，”德克萨斯大学物理学家史蒂文·温伯格说，“可以被视为天文学最根本的发现。”
温伯格是一位诺贝尔奖获得者粒子物理学家，他毕生大部分时间都在描述尚未被发现的理论能量形式。微波背景和物质调查之间的差异引起了他的兴趣，因为他知道能量和物质一样可以塑造空间。一个平坦的宇宙，或者任何形状的宇宙，都可能由物质和能量共同塑造。爱因斯坦认识到这种可能性，因为他认为能量和物质本质上是等价的——就像 E = mc2 一样。因此，他知道能量可以构成临界密度中缺失的三分之二。
与爱因斯坦不同，温伯格和他的理论家同仁们从未完全放弃宇宙常数这个老旧的观念——即某种普遍存在于空虚空间中的能量。随着量子力学在上世纪中叶的成熟，从一种古怪的角度来看，似乎真空也可能含有某种能量，这变得有道理。理论家们甚至以爱因斯坦的失误为荣，将假设的真空能量命名为λ。他们很早就意识到，如果真空中存在能量，它就会产生排斥效应——这种效应可能导致宇宙加速。
但是，如果某种奇异的排斥能量确实构成了宇宙中所有物质的三分之二，那么它一定非常微弱。否则，它的影响早就显而易见了。无论神秘的λ是什么，它一定只在很远的宇宙尺度上发挥作用。
三年前华盛顿特纳顿悟的本质就是如此。来自遥远超新星的光线显示，某种未知的排斥力正在加速宇宙的膨胀。而微波数据和物质调查只有在这种力存在的情况下才说得通。所有证据都指向一种迄今为止只存在于纸面上的能量。当他站在劳伦斯伯克利实验室的海报前时，特纳把所有令人费解的碎片拼凑了起来。
“加速膨胀宇宙的发现，既是天文学上最大的惊喜，也是最令人期待的发现，”他说。它使暗能量进入了人们的视野。
因此，大约在2001年的宇宙是平坦的，正在加速，而且几乎是空的。天文学家们很高兴，因为一个带有爱因斯坦印记的单一实体可以解释所有这些属性。但是，如果暗能量的存在简化了研究人员对当代宇宙的理解，它也带来了许多复杂性。其中一个与宇宙的命运有关。
在暗能量出现之前，天文学家认为膨胀宇宙的终结将由其中物质的密度决定。正如物质决定空间的曲率一样，它也将预测空间膨胀的方式以及它是否会收缩。当宇宙膨胀仅由大爆炸的灾难性推进力引起时，物质的引力预计最终会使其减速，甚至可能停止，甚至可能逆转。简而言之，密度等于命运。
基于这种推理，天文学家提出了三种宇宙命运模型，每种模型都对应着不同的几何形状和物质密度。在每种情景中，宇宙中所有物质的引力都像一只紧追邮递员的不知疲倦的狗一样，拽着大爆炸的动量后腿。
如果欧米茄小于一，宇宙将永远膨胀下去，但速度会不断减慢。这个宇宙是马鞍形的，被称为“开放”宇宙。如果欧米茄大于一，宇宙膨胀会减慢并最终反转，坍缩成一次宇宙挤压。这个宇宙是球形的，“封闭”的。在一个平坦的宇宙中，物质密度恰好为一，膨胀最终会非常接近停止，但从未真正反转。
但是，如果宇宙主要由排斥的、无处不在的能量而非物质组成，那么它的最终命运就不再铭刻在它的形状中了。
“我们过去常说命运和几何形状是联系在一起的，”特纳说。“但这只有在宇宙的物质仅仅是物质的情况下才成立。一旦暗能量介入，那么命运和几何形状就会脱钩。所以你可能有一个永远膨胀的封闭宇宙，或者一个坍缩的开放宇宙或平坦宇宙。”
特纳说，弄清楚平坦、空旷、加速膨胀的宇宙的命运，唯一的方法就是更多地了解驱动膨胀的暗能量。但是，即使他们开始追寻爱因斯坦的真空能量概念，物理学家们也必须应对从数字到哲学方面的问题。例如，当他们试图计算lambda的值时，理论家们得出的数字比实际值大了120个数量级。不是大120倍——是大10^120倍。用这种强度的真空能量来填充已知的宇宙，就像用消防水管给一个水球注水一样。
“这绝不可能是正确的，”特纳说。“如果它是正确的，你就看不到自己的鼻子尖，宇宙会膨胀得太快了。”这个误差的大小强调了物理学家对引力某些方面的理解多么糟糕。“这是理论物理学最大的尴尬，”特纳补充道。
情况变得更加尴尬，因为理论家们无法解释为什么物质和能量的密度目前如此接近。理论上，这些密度中的任何一个都可以是零到无穷大之间的任何值，它们的比率也可能相应变化。它们处于一个数量级内的可能性非常低。我们宇宙中物质和能量之间今天存在的微妙平衡——三分之一物质对三分之二能量——似乎与爱因斯坦努力描述的静态宇宙一样不可思议。有些人发现这种不可思议性特别可疑，因为一个被暗能量主导的宇宙将不适合生命。过量的能量会阻止物质聚集成星系、恒星和行星。然而我们却在这里。
这种巧合甚至促使像温伯格这样声名狼藉的怀疑论者，在绝望中援引人择原理。这种备受诟病的同义反复陈述，人类意识只有在一个其存在条件已得到满足的世界中，才能质疑这些条件。如果条件有任何不同，就不会有人在这里思考它们。
“我不喜欢这种论证，”温伯格承认。“但我不知道还有其他任何解释能接近。”
人择原理是大多数物理学家的禁忌。有些人宁愿提出宇宙中的全新力量，也不愿退回到修辞上的花招。例如，普林斯顿大学的保罗·施泰因哈特已经放弃了宇宙常数，转而支持他称之为“精粹”的全新暗能量类别。他说，能量和物质达到微妙平衡的事实之所以可疑，仅仅是因为你假设两者之间没有交流。施泰因哈特提出，排斥能量能感知物质的存在，并改变其强度或分布以维持密度平衡。这种能量可以在空间和时间上改变其性质；与拉姆达不同，它不会均匀分布，也不会保持不变。
“逻辑上一直存在拥有这种场的可能性，”施泰因哈特坚持认为。“但没有理由援引它们，因为它们并非任何理论所必需。”
现在有了这样的理由，施泰因哈特希望实验物理学家能在宇宙微波背景中微小的温度波动中发现“精粹”的证据。定于六月发射的MAP卫星可能有助于探测此类信号。更详细的遥远超新星调查也正在计划中。
“不同的暗能量模型将对宇宙加速随时间演化做出不同的预测，”劳伦斯伯克利团队的负责人索尔·珀尔马特说。珀尔马特正在推动一项利用名为超新星/加速探测器（SNAP）的空间望远镜研究加速的计划。“我们想回到过去，找出宇宙经历其增长期的具体时间。”
处理暗能量也将促使人们尝试定义引力的量子理论。引力是已知四种基本力中唯一一种未能用称为量子的能量包来描述的力。物理学家们已经成功地将其他三种力——强核力、电磁力和弱核力——纳入量子领域。但与这三种力不同，引力通常在与量子力学截然不同的尺度上起作用。“引力支配着行星和恒星的运动，”温伯格在最近的一篇评论中写道，“但在原子中它的作用太弱，不足为道，而量子力学虽然在理解原子中电子行为方面至关重要，但对恒星或行星的运动影响微乎其微。”
随着暗能量的发现，这两个世界发生了碰撞。宇宙的加速可能蕴含着引力微小量子行为的一些线索。爱因斯坦自己的引力理论允许它具有某种排斥效应，因此阐明暗能量的性质可以加速理论家们走向统一所有力的最终理论。这就是为什么那些用强大望远镜扫描宇宙最远端范围的物理学家，突然对那些在黑板上涂写公式的物理学家来说变得非常有趣。
“这让天文学家非常受宠若惊，”哈佛大学的基什纳说。“我们得到了本领域高级牧师的关注。”
但暗能量能否提供高级牧师们所希望的永恒真理，这一点无法保证。能量和物质之间不可能的平衡以及真空能量的强度，可能仅仅是偶然而非必然地允许人类存在。爱因斯坦本人深知指望变幻莫测的自然所蕴含的危险。“婚姻，”他曾评论道，“是试图从偶然中创造出永恒的不成功的尝试。”那些试图在加速膨胀的宇宙中寻求永久真理的科学家，可能正在犯同样的错误。
