[本文最初印刷版为“直面黑暗”。]
天文学家布莱恩·施密特生动地回忆起他第一次意识到一项将为他赢得2011年诺贝尔物理学奖的惊人发现。那是在1997年，一个充满恐惧而非欣喜的时刻。
在堪培拉的澳大利亚国立大学，施密特试图精确测量超新星的位置——这些爆发的恒星在最亮时可以比50亿个太阳还要耀眼。这些明亮的宇宙天体是天空中的信标，帮助天文学家深入太空，计算宇宙的大小、形状和质量。
由于施密特的大多数同事都分散在世界各地——欧洲、南美洲和美国——该团队开发了一种24小时接力的方式来分析他们的望远镜数据：施密特会在东方工作一整天，然后将数据通过电子邮件发送给当时在美国加州大学伯克利分校的同事亚当·里斯，里斯在西方白天继续这项研究。
在那天的早上，施密特收到了里斯发来的一张图表，显示了最新的超新星距离估算——但结果与他预期的截然不同。“我一眼就能看出发生了什么，”施密特说。“我记得当时想，‘哦，亚当！哦，亚当！你做了什么？’”
施密特感到难以置信是可以理解的。他以为会看到一条从左下角上升到右下角的向上弯曲的对角线。相反，这条线向下倾斜，像一只受惊的狗的尾巴。令人惊讶的曲线，似乎在嘲笑施密特，告诉他天文学家可能需要重新思考宇宙的运作方式。
当时，施密特认为他对宇宙的演化已经了如指掌：宇宙始于一个微小的能量火球——大爆炸——并一直向外膨胀，带着星系和超新星一起前进。然而，这些宇宙天体施加着引力，互相拉扯，就像太阳牵制地球一样。据施密特所知，物理定律控制着宇宙的加速膨胀；宇宙确实在膨胀，但引力正在减缓膨胀的速度。
然而，里斯的结果讲述了另一个故事。令人费解的是，超新星似乎比任何人预期的都要远离地球，这意味着宇宙比天文学家预期的要大得多，仿佛引力的拉力 somehow 被压倒了。
最合理的解释似乎是荒谬的：宇宙的膨胀一定是正在加速。施密特立刻认为这个结论“荒谬”。没有人曾观察到一种能够驱动如此加速的力；他认为这一发现是一个错误。
然而，随着时间的推移，这个令人不安的想法依然存在。更重要的是，由加州劳伦斯·伯克利国家实验室的索尔·珀尔马特领导的一个独立团队也得出了相同的结论。2011年，施密特、里斯和珀尔马特因揭示宇宙膨胀正在加速的开创性测量而分享了诺贝尔物理学奖。然而，尽管有十多年的时间来思考这个结果，宇宙学家们仍然在努力理解这一切是如何发生的。
为了给他们的困惑找到根源，物理学家们有些戏谑地将这种加速归因于一种未知的“暗能量”，它神秘地将空间推开，对抗引力向内的拉力。如果暗能量导致宇宙加速膨胀，宇宙本身有一天可能会在一场“大撕裂”中被撕裂。笼罩这种反引力效应的深层谜团，也许是现代物理学最大的谜题，对于暗能量的来源、运作方式，甚至它是否存在，都几乎没有共识。
膨胀的证据
宇宙正在膨胀的第一个迹象可以追溯到近一个世纪前。在此之前，物理学家们仍然珍视艾萨克·牛顿在200多年前提出的宇宙图景，其中空间和时间是不可变的，可以用刚性的尺子和时钟精确测量。根据牛顿的说法，引力是一种可以跨越真空的力，通过看不见的丝线将物体拉到一起。
阿尔伯特·爱因斯坦挑战了这种观点，他在1915年提出了另一种引力理论：广义相对论。在他的框架中，空间的三个维度和时间交织在一起，形成一个四维的织物，由于它会在大质量物体（如恒星）周围弯曲和扭曲，因此成为引力的来源。较小的物体（如行星）会滚入这些时空凹陷，仿佛被一种力量拉向更重的结构。
起初，爱因斯坦认为宇宙是球形且静态的——既不膨胀也不收缩。然而，令他惊讶的是，广义相对论的方程提出了一个不稳定的宇宙：辐射（或光）与物质之间微妙平衡的微小变化，可能会导致宇宙向外膨胀或向内收缩。为了维持他的静态图景，爱因斯坦引入了一个额外的稳定因素——称为“宇宙常数”——它通过提供一个向外的推力来抵消宇宙因引力作用而收缩的任何倾向。宇宙常数不过是一个用于维持宇宙静止的“权宜之计”。
但静态的图景是错误的。
