需加正數的宇宙常數 提供額外排斥力
上星期跟大家開始了愛因斯坦（Albert Einstein）和宇宙常數（Cosmological Constant）的故事。在20世紀初期，愛因斯坦刻意地將一個宇宙常數加進廣義相對論（General Relativity）的方程式中，務求使方程式能夠導引出一個靜止不動的宇宙。
然而，在1929年，哈勃（Erwin Hubble）和他的科研夥伴卻發表了觀測數據，指出宇宙應該正在膨脹中。
既然宇宙不是靜止的，那麼愛因斯坦不自然地加進宇宙常數的舉動就變得無意義了。愛因斯坦其後甚至把加進宇宙常數稱為「生命中最大的錯誤」。
廣義相對論能預言卻無法解釋
故事並未就此完結。故事的時間推至上世紀90年代，推動故事發展的換成兩個獨立的國際天文科研團隊：超新星宇宙學計劃（Supernova Cosmology Project）和高紅移超新星搜索隊（High-z Supernova Search Team）。兩個團隊都發現，宇宙不僅是在膨脹中，其膨脹的速度還愈來愈快！沒有宇宙常數的廣義相對論雖然能夠預言膨脹的宇宙，但是卻無法解釋這種加速的膨脹。
在方程式中，看來宇宙常數還是需要的：不過之前愛因斯坦需要的是負數的宇宙常數，用來提供額外的吸引力，制止宇宙膨脹；為了解釋加速的膨脹，我們現在卻需要正數的宇宙常數，提供額外的排斥力，好讓宇宙膨脹得愈來愈快。
1a類超新星光度統一
這兩個團隊是如何得出這個驚人結果的？這就得靠觀測1a類超新星（Type 1a Supernova）這種特殊的天文現象了。超新星其實是爆炸的星星，因此在天空中顯得分外明亮。1a類的尤其特別：雖然還有些存疑的地方，但天文學界普遍認為，每一顆1a類超新星本身都是一樣光亮的，因此看起來比較黯淡的，一定是因為它距離我們較遠。
距離很遠又怎麼樣？這個時候我們又要記起愛因斯坦的另一個著名「教誨」了：光的速度是固定的，因此跟我們相距很遠的星體發出的光芒，必定是經過很長久的時間才到達地球，供我們觀測。
「離去」速度發現真相
這樣看來，當我們在觀看距離很遠的星體的時候，其實是在察看宇宙的過去。正因如此，藉由測量距離不同的1a類超新星離我們遠去的速度，天文學家得以量度宇宙在不同時期膨脹的快慢，因而發現現在宇宙膨脹得比過往快。
到了這裡，各位聰明的讀者應該會在想：這種連廣義相對論也無法解釋、愈來愈快的宇宙膨脹，究竟是從何而來的？恭喜您，您剛剛觸碰到了現今宇宙學一個很重要的研究課題。換句話說，雖然科學家們已經很有點想法，但現今還未找到一個完美的解釋呢。
小 結
科學研究，需要保持開放的態度：科學泰斗提出的意見，不一定完全正確；今天看來不可取的想法，不一定完全無用。要緊的是牢記背後的邏輯，而不是盲從他人的意見。 ■張文彥博士
作者簡介：香港大學土木及結構工程學士。短暫任職見習土木工程師後，決定追隨對科學的興趣，在加拿大多倫多大學取得理學士及哲學博士學位，修讀理論粒子物理。現任香港大學理學院講師，教授基礎科學及通識課程，不時參與科學普及與知識交流活動。
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