第八章　宇宙的演化

如前所述，大爆炸理论允许我们回溯宇宙的演化直到它仅仅是基本粒子混合物的时刻，即开端之后数微秒。有人还提出一些颇有希望的想法可以把对宇宙的了解回溯到粒子存在以前，那时宇宙中最大的东西甚至是量子涨落。大爆炸以来宇宙是怎样膨胀的呢？我们可以通过观测辐射的红移来测量宇宙的膨胀。观测到一个天体发光的红移越大，宇宙自该辐射发出以来膨胀得越多。红移和时间之间的关系（宇宙钟的定标）决定了辐射是多久以前发出的。用光速把时间化为距离，这一关系也可以用来确定宇宙的几何（即空间是平直的还是弯曲的）。当前的膨胀时标由一个称为哈勃常数的参数确定，它给出了红移和距离之间的关系。用HST和其他望远镜已有可能以接近10%的精确度测定哈勃常数的值。

为了从哈勃常数的测量值导出宇宙年龄，需要知道膨胀如何随时间加速或减速。宇宙的膨胀史依赖于宇宙中物质的总密度（普通物质和暗物质）和可能的非零“宇宙学常数”，这一常数可能代表宇宙中的一种“暗能量”。这些参数决定着宇宙的几何性质和它的未来命运，即它将永远膨胀或是终将再次塌缩。

暗物质的发现是基于两组独立的观测。首先，有人找到一种方法从Ia型超新星亮度下降的速率确定其光度。知道了光度就能通过测定其亮度确定（或计算）到这颗超新星的距离。结果表明：遥远的超新星看来比预期的暗，这意味着宇宙的膨胀正在加速。结合其他数据，超新星的观测导致如下结论，暗能量也许占到了物质和能量总密度的70%。其次，宇宙微波背景涨落的观测强烈暗示：宇宙的确是平直的，所以物质和能量的总密度取其临界值。因为星系团质量的估计表明宇宙的物质密度只有临界值的约30%，所以暗能量就必须占其余的70%。结合上面测定的哈勃常数值，物质和能量的估计值给出的宇宙年龄约为140亿年。

在未来，观测者和理论家将努力理解和拓广这些观测结果。证实暗能量的存在并具有可与物质竞争的密度，将是一个具有最基本意义的物理发现。宇宙微波背景观测将提供包括普通物质密度在内的更精确的宇宙学参数值。用LSST发现数量更多的超新星，随后用其他地面和空间望远镜进行更灵敏和精确的测量，将允许我们以更高的精度标定宇宙时钟。那时就应当有可能确定宇宙学常数是像爱因斯坦假设的那样是一个真正的常数呢，还是像某些流行理论建议的那样在随时间演化。