我們預期宇宙因重力互相吸引而減速膨脹。可是，近年許多天文觀測的結果，顯示了宇宙存在著一種具有排斥力的暗能量，驅使整個宇宙加速膨脹。暗能量可能是真空能量，亦即所謂「宇宙常數」。1917年，愛因斯坦為了堅持一個靜態的宇宙觀，他在重力場方程式中引入了著名的宇宙常數。1929年從哈伯對星系的觀測結果，確立了宇宙膨脹的事實後，愛因斯坦終於放棄了宇宙常數，且自嘲其為他一生中最大的錯誤。更精確的天文觀測結果卻又重新納入宇宙常數。更奇妙的是，真空能量在早期宇宙可能扮演重要的角色，它引發暴漲宇宙，創造「大霹靂」 ，並解決宇宙難題，散播宇宙結構的種子。

 

吳博士以「愛因斯坦一生中最大的錯誤？─暴漲宇宙及暗能量」為題，將曾困擾愛因斯坦的經典問題─宇宙常數─對應當今宇宙學的「暗」藏角色，討論「宇宙常數」實際上位居主導的可能。掌握暴漲及真空作用的關鍵，是否就能以有涯追無涯，更靠近這個愛因斯坦視為可理解，卻也加速膨脹的宇宙？

在講座之初，吳博士連開了幾個玩笑，說要做個現場調查：確定講的內容中，要不要出現困難的微積分或其他公式？不過他也堅定的表示，不用怕，因為完全沒有！而了解不少在場民眾，原本已知宇宙在膨脹，而且聽過暴漲及暗能量，他旋即說：所以我可以不用講了！幽默過後，他指出第一次接觸到宇宙在膨脹，其實是在小時候看電影中學的。片中小孩消極的說，他甚麼都不做，是因為宇宙在膨脹，而順著這樣的命運。第二次是就讀研究所時，沒有選到弦論，卻也接觸到宇宙論的前沿專家，就在那個年代開始探索這個看似科幻小說的領域。

「宇宙在膨脹」這件事源自於1920年代，喬治·勒梅特和愛德文·哈柏在天文觀測中推測出宇宙膨脹的速度。而現在的科學家，對宇宙的觀點多支持「大霹靂」理論：這是描述宇宙的源起與演化的宇宙學模型。在過去宇宙曾經處於一個密度極高且溫度極高的狀態，是一團高溫電漿，也可視為一團基本粒子，直到溫度降低才出現現今的恆星和太陽等組成，這是從粒子物理推論出來的。吳博士提到前幾年大型粒子加速器在類似條件下所進行的實驗結果，發現了「希格斯粒子」，有力地支持了這個學說。

然而，粒子物理所提出的模型，我們所熟悉的物質只佔了整個宇宙的4%，其他23%由「暗物質」構成，73%是由更神秘的「暗能量」構成。雖然宇宙中90%以上為不發光的物質與能量，我們卻可以透過重力知道它們的存在。暗物質存在的證據可以用觀測到的宇宙大尺度結構來證明─透過電腦模擬得出的結果，知道如果沒有那麼多的暗物質，我們的宇宙結構不會是現在這個樣子；另外以「重力透鏡」來計算也得出明顯證據，當星系發出的光，經過一團團暗物質，光沿彎曲的路徑走，使遙遠背景星系呈現出扭曲的影像；最後聽起來更恐怖的證據，就是星系團對撞的實景！

暗能量的存在證據，則是「超新星爆炸」、「宇宙背景輻射」，與「大尺度結構」綜合分析所得到的結果。首先，透過Ia型超新星來測定星系距離，加上紅移觀測來得到星系的運動速度，從觀測的結果可知，整個宇宙不是等速膨脹，而是加速膨脹！Ia型超新星爆炸的機制，是一顆白矮星與一顆巨星或低質量恆星所組成的雙星系統，當白矮星吸聚足夠質量來到Chandrasekhar極限，也就是1.4個太陽質量時，經歷熱失控的惡性循環而產生爆炸。由這種類型超新星的爆炸機制，讓每個案例爆炸時的質量（也就是能量）為定值，能產生相同的峰值光度，所以可用做「標準燭光」來測量宇宙的距離。

吳博士接著提到，帶有「負壓力」的暗能量趨使宇宙加速膨脹，而暗能量究竟是什麼？他認為可以用「宇宙常數」─愛因斯坦視同一生最大的錯誤，是他從廣義相對論推導出宇宙在膨脹，但自己對宇宙是永恆靜態的信念，讓他在方程式裡加入了本質為「負壓力」的一種能量─來解釋。吳博士表示，在1990年代，宇宙加速膨脹的觀測結果出來後，人們發現愛因斯坦提出的宇宙常數，實際是個洞見！

暗能量可能是什麼？它可能是真空能量，因為其具有負壓力，這個負壓力加速了宇宙的膨脹。吳博士講到，宇宙的未來命運按此運作將會不斷膨脹，我們會變得越來越孤獨，在我們身旁的星系會隨著宇宙的膨脹離我們遠去，只剩下鄰近幾個星系在重力夠強的束縛下還會在我們身邊。不過這個「很快」其實也是天文數字，他笑著告訴大家其實真的不用過於擔心。

吳博士接續提到他的研究重點：宇宙微波背景輻射(CMB)。在宇宙的極早期，當時的溫度可高達絕對溫度10的26次方。隨著宇宙不斷膨脹，能量密度變小，在宇宙創生後38萬年，溫度降到了3000K，到現在變成了3K(-270°C)，如今我們看到的宇宙背景輻射就是宇宙冷卻下來所殘留的訊號。關於宇宙微波背景輻射的觀測，Arno Penzias與Robert Wilson首先發現了宇宙微波背景輻射，獲得1978年諾貝爾物理獎；接著COBE計畫由John C. Mather與George F. Smoot領導，發現了宇宙背景輻射的完美黑體輻射以及各向異性，在2006年獲得了諾貝爾物理獎。

吳博士繼續說到，宇宙微波背景輻射告訴了我們宇宙早期其實是相當均勻的，Alan Guth透過暴漲宇宙模型理論解釋宇宙此大哉問，早期宇宙極度加速膨脹，極度撐大了宇宙，也降低了空間的曲率。而我們能觀測的宇宙在這宇宙中只佔了小小的一塊，所以我們所見的宇宙是平坦的，同時暴漲也消除了不均勻性，使我們可見的宇宙是非常均勻的。而在微波背景輻射裡尋找極小尺度的溫度波動，是在暴漲階段真空能量的量子起伏，造成微小的能量分布不均，種下大尺度結構的種子。

吳博士在演講最後表示，真空能量到底是什麼？暴漲的負壓力能量遠大於暗能量，能量階為什麼如此不同？這些總是不斷出現的問題，像是把一個難題，再換做另一個難題。關於真空能量的一種可能，人們推想它或許類似於希格斯粒子的位能，真空能量所釋放的熱能創造出大霹靂！

透過吳博士對於暴漲宇宙和暗能量的連串介紹，我們在基礎宇宙學的第三堂課中，認識到科學家的堅持、睿智，以及艱難的實驗觀測，把宇宙學從科幻故事發展為精確的科學。吳博士也真切的希望，未來有更多感興趣的夥伴，一起「大膽假設，小心求證」，並以此共勉！