我们的宇宙从何而来？它究竟是什么样子？它将如何演化？它最终的命运将是什么？这或许是我们一生中的某个时刻感到困惑和好奇的问题。2011年的诺贝尔物理学奖颁给了在通过超新星观测发现宇宙加速膨胀的研究中作出重大贡献的三位科学家。宇宙的膨胀加速意味着宇宙被一种我们完全不了解的东西所主宰，它被科学家们称为“暗能量”。

宇宙加速膨胀如何发现

暗能量究竟是什么？它是怎样被发现的？它对于宇宙的命运会有怎样的影响？科学家们又是怎样对它进行研究的？近日，在中国科协举办的“科学家与媒体面对面”活动上，2011年诺贝尔奖获得者布赖恩·施密特教授以及我国几位暗能量领域的活跃研究者，对此进行了全面解答。

记者：当年宇宙加速膨胀这一发现震动了整个科学界，宇宙究竟是怎样膨胀的？

施密特：在宇宙中，我们看到的恒星或星系发出的光芒是由氢和氦构成，通过光谱分析，我们能把星系的光展开成像彩虹一样不同的波长。

多普勒效应表明，当一个物质靠近你或者远离你的时候，它发出来的波长会压缩或者拉长，比如说当一辆警车开近的时候，你会听到警笛的声音升高。光也是一样，当氢气靠近你的时候，它的光发生向蓝的偏移，如果远离时候，会发生红移。而美国天文学家斯莱弗观测到这些光的波长比通常的星系的光的波长拉长了，他发现大部分的星系正在逐渐向远处飞去。为什么会这样，是个谜。

这个谜通过测量距离得到了解答，我们在天文学当中测量距离，是通过测量星的亮度，越远的东西越暗一些。美国天文学家爱德文·鲍威尔·哈勃于1929年使用世界上最大的望远镜，对斯莱弗观测的星系进行观测并测量它们的距离，他发现星系走得越快，它们就越远一些，所以他宣布宇宙是在膨胀的。在一个膨胀的宇宙中，你会看到像哈勃观测到的一样，离我们越远的天体，膨胀的速度越快。

1994年，技术取得了比较大的进步，我们利用新的相机开始做一些新的试验。我们可以测量宇宙在不同时刻的膨胀速度，办法是观测光度非常确定的天体。用于观测宇宙的天体是一种超新星，剧烈的爆炸发出的光是非常亮的，是太阳的很多倍。我研究的超新星可以达到太阳的50亿倍的亮度，可以从一个月以内完成从亮到暗的过程。1998年，我们进行了观测，这些观测目标表明：宇宙过去是在以稍微慢的速度在膨胀，后来在加速。这是一个巨大的惊奇，我一开始以为这是错误的。但是经过几个月的检查，我们逐渐相信这个结果是正确的。

记者：是什么推动了宇宙的加速膨胀？

施密特：哈勃发现宇宙膨胀之前的12年，爱因斯坦在他的方程当中引入了一个任意项，他引用了称之为宇宙学常数项的东西，可以使空间当中的引力不是吸引，而是改成斥力，就可以和物质的引力相平衡，保持一个不动的宇宙。在他生命的晚期，爱因斯坦曾说这是他一生中最大的错误。

可能爱因斯坦的“最大的错误”是我们最伟大的发现，他引入的常数项可能表示了宇宙中一些基本的组成。在过去十多年里，我们很多人都用了不同方法进行了这样的观测，但我们都获得了同样的结果，这就是我们把它叫做暗能量的东西，它在推动宇宙加速膨胀。暗能量构成了宇宙当中73%的部分，剩下产生引力的部分是27%。

张同杰：我们所了解的宇宙的组成部分即所谓看到的正常物质，可以通过电磁波直接看到发出的辐射，这些正常物质占比非常小，只占总量的5%左右；约21%是暗物质，暗物质处处存在，但我们很难感受到它，因为它非常奇特，除了引力作用，它不与其他物质发生作用；另外一部分就是暗能量，这部分所占比例非常大，约为74%。

如果把这三类成分做成一个大的分类，按照吸引力和排斥力来分，暗能量是排斥力，正常物质和暗物质是吸引力。我们可以认为宇宙就是在这种吸引力和排斥力两种力的相互抗衡之下进行演化，暗物质和正常物质是吸引力，是把宇宙拉过来，而具有排斥力的暗能量则正好是相反的。

陈学雷：从我们现在理解来看，暗能量好像是一种跟引力相反的力，并不断推动宇宙加速膨胀。到底是不是这样的，由于现有的天文观测比较单一，我们现在获得的信息比较少。所以，对于科学家而言，科学最本质是质疑、是怀疑，我们不能因为已经发完了诺贝尔奖，我们就相信这个是正确的，我们应该不断地去挑战和怀疑这些问题。当然这些挑战和怀疑，并不是盲目的，我们需要真正的观测来了解问题。

宇宙暗能量怎样探究

记者：对于宇宙的膨胀以及暗能量的发展等情况，以现今的技术水平可以通过什么手段进行观测？

陈学雷：施密特教授主要介绍的是利用超新星的手段观测，另外一种观测手段叫“重子声学振荡”，实际就是通常所说的声波。在早期宇宙经历高温时，我们可以看到那个时候发出的光，就是我们通常称之为宇宙微波背景辐射。通常在这个时期，宇宙微波背景辐射有一些不均匀，这种不均匀来自宇宙早期的声波，这个声波可以影响宇宙的演化。

如果把星系的分布进行比较精密的测量，我们会发现这当中有一些声波振荡的特征，这是早期宇宙大爆炸的声波谱，当时有一些波纹留下的振荡的痕迹。这些振荡的痕迹有一些特定的尺度，我们可以精确地测量出来，这是另外一个不使用超新星而去探测的原理。

我自己也在领导一个计划，我管它叫“天籁计划”，宇宙早期的声波与古代庄子的名词“天籁”有很大相似之处，我们现在希望建设一个射电阵列，能够精确探测声波振荡的特征，研究暗能量。

王力帆：我们通过望远镜除了可以做超新星的观测以外，还可以利用引力透镜现象进行观测。很远的星系，光从很远的地方传过来的时候不是走完全的直线过来。为什么不是走直线过来的？这就是引力的作用，引力是适用于所有的物质，是对空间的一种扭曲。光道因为刚才讲过的暗物质，都是拐弯拐过来的，这种现象叫做引力透镜现象。假如这个地方有一个星系，那个地方也有一个星系，在这里用望远镜观测到一个星系，这个星系要么拉长，要么拉成一个弧形，通过这个形变就可以获得宇宙中能量重要的信息。

记者：通过对于这些观测结果的研究，如果宇宙继续加速膨胀下去，那暗能量未来会如何发展？宇宙的未来又会是什么样的？

张同杰：“3D（暗）宇宙”，即暗物质、暗能量和黑暗时代，是本世纪天文学里非常热的、非常有意思的三个研究领域。黑暗时代不是一种物质或者能量，是一个时期，是宇宙在很早的时候经历了一个黑暗时代，这个黑暗时代我们不清楚里面的物质是什么，但是经过那个时代以后就形成了第一代恒星，逐渐形成了我们现在看到的宇宙。关于暗能量的发展，刚才谈到暗能量本身就是排斥力，暗物质和正常物质本质是吸引力，对于暗能量其实也有很多争论。

施密特：我们永远不可能百分之百地确定这个答案，但是从目前了解的情况来看，宇宙的未来可能看上去都是暗能量，因为暗能量是构成时空的基本材料，宇宙越膨胀，暗能量就越多。它可以越来越强有力地推动宇宙，使它膨胀得越来越快，这样就造成了更多的暗能量，然后又推动得更多，宇宙的膨胀就越来越快，如此循环反复……

除非暗能量突然消失，否则宇宙膨胀就会越来越快，远处的星系就会离我们越来越远，以至于从我们现在看到的那些星系发出的光，最后都无法传到我们这里。当然对银河系来说，整个还是在一个星系里头，但是它已经逐渐减少和外面接触的机会。我们的太阳大概还有50亿年的寿命，最后我们宇宙会变得越来越冷，我们也看不到任何星系，所以宇宙最后就寂静下来了。当然，这是在一千亿年以后的事情，而在我们彻底理解暗能量究竟是什么之前，任何可能性都是存在的。

预测科学与科学预测

佘惠敏

GDP增速多少？房价是涨是跌？岁末年初，各大预测机构又在发布新一年的经济预测结果。笔者近日参加了中国科学院预测科学研究中心的“2013年中国经济预测发布会”。这个发布已经连续做了7年，从以往情况看，是预测结果相对符合实际的一家。当然，对于难度非常高的预测科学来说，所谓的“准”永远只是相对而言。在谈到各种预测谁更准时，许多专家都表示，预测是测不准的。

测不准的原因有二。预测是对未来的情况进行判断，而对未来情况的判断要受到两个方面的局限：一是客观事件非常复杂且不断变化，二是人们对客观事件的认知能力有限。这两个原因导致预测永远不可能百分之百准确，但没有预测也不行。没有预测如何研判下一步的行动方向？

预测在世界各国经济、金融、政治、军事等重要领域都起到十分重要的作用，是一门有广阔前景和发展需求的科学。中国科学院的科学家们在发展这门科学上做了很多努力，他们提出的TEI@I方法论，综合了计量方法（线性分析）、人工神经网络（非线性分析）技术、Web文本挖掘（异常事件影响分析）三大方法，提升了预测精度，已在多个国家和地区得到应用。

不过，目前的预测更适用于短期，因为长期预测有很多因素是过去的数据里得不到的。我国说的顶层设计，其实就是战略规划，需要的不是一年两年的预测，而是五年十年的展望。这种中长期预测不可能完全用过去的数据来推断，而是需要人脑和电脑结合，用过去的数据再加上人的经验来共同进行分析判断。中长期预测比短期预测难度更大，也更有作用，将为国家长远的经济决策起到更重要的支撑作用。

预测离不开对数据的处理。当今世界的发展让数据变成了大数据，呈现出四大特点：一是数据量特别多，跟过去比是海量；二是数据的形态有很大的变化，不仅包括传统的数字、文字，也包括视频、图片、音频；三是获取数据的速度要求越来越高；四是从数据里提取有价值的信息越来越难。在越来越复杂、越来越海量的大数据中，如何搜集数据？如何分析数据？如何快速提炼出有价值的信息？如何从数据里提炼出知识来指导我们的行动？这些都是亟待发展的预测科学需要解决的问题。

总之，预测是一门富有挑战性的科学，需要我们发展和运用更为科学的预测方法，努力使预测更准确一些，以解决中长期预测等更实用也更困难的问题。