超新星遗迹Cas A
波尔马特获奖后接受亲友祝贺
北京时间10月4日下午5点45分，瑞典皇家科学院宣布了2011年诺贝尔物理学奖评选结果，3位美国科学家萨尔·波尔马特、布莱恩·施密特（美国/澳大利亚）以及亚当·里斯因为对超新星与宇宙膨胀的研究而获奖。
瑞典皇家科学院称，他们的研究“帮助我们揭开了宇宙扩张的面纱”。
寻找“烛光”之路磕磕绊绊
从爱因斯坦提出宇宙常数开始，宇宙膨胀问题就成了天文界、物理学界关注的热点。根据广义相对论，宇宙应该会减速膨胀。早期研究表明宇宙大致是均匀膨胀的，但计算无法说明膨胀的具体情况——是完全均匀膨胀，还是略加速或略减速？广义相对论的推论无法得到证实。
要进一步分析宇宙膨胀进程，就要观测更遥远、更稳定的星体。超新星是一种上佳选择。某些恒星在演化接近末期时经历剧烈爆炸，爆发时间很短，但特别明亮，因此可以观测到非常远的超新星。Ia型超新星由于光度恒定，在天文学界被称为“标准烛光”，用观测到的亮度来确定它们的距离，就能了解宇宙的膨胀情况。
上世纪80年代中期，美国劳伦斯伯克利实验室的一组物理学家对搜寻超新星产生了兴趣。这一小组发展了一套在图像中自动搜索超新星候选者的软件，但他们迎来的是接连的失败。后来，年轻后生萨尔·波尔马特接掌了超新星项目，使情况有了转机。
早期超新星研究的第一个难题，是获得望远镜观测时间。大型望远镜是稀缺资源，研究者很难“霸占”它以获得足够数据。波尔马特想出了“批处理”的方法：每隔一个月就用观测条件最好的无月夜拍摄大片星空，与以往的观测进行比较，找出超新星候选者。
超新星的光变周期是几个月，使得这一方法非常有效。波尔马特领导的研究小组“超新星宇宙学计划”开始发现大量超新星。
一看到成功的希望，各路天文学家都开始准备参加竞争。哈佛大学的High-z小组（布莱恩·施密特与当时还是研究生的亚当·里斯均在内）也瞄准了超新星。结果，波尔马特小组花费几年才研制出的自动化超新星搜寻软件，施密特只用一个月就自制成功了。
超新星找到了，但Ia型超新星是否真是“标准烛光”呢？遗憾的是，并非完全如此。人们渐渐发现Ia型彼此并不完全相同，有些超新星光度的变化速度更快一些，有些则更慢。此外，对于实际观测的超新星，还需要考虑好几个问题：星际空间存在会吸收光子的尘埃，使超新星变暗，还会更多吸收蓝光而导致目标变红。而每颗超新星本身的颜色也不完全相同。哪怕本身光谱完全相同的超新星，当它位于不同红移（处在引力场中的辐射源发射出的光，在观测时谱线会向长波方向移动的现象）时，用给定波长的滤光片组进行观测时，得到的颜色也不一样。
这几个效应虽然复杂，好在有规律可循。里斯发现，利用多个滤光片拍摄的光变曲线数据经过改正后，Ia型超新星还是可以作为近似的“标准烛光”的。
柳暗花明暗能量
两组人马都掌握了高效确定“标准烛光”亮度的办法，令研究进展变得很快。到1997年下半年，他们分析了大量“烛光”后发现，高红移的超新星比预期的要暗。根据现代宇宙理论最著名的天文学家哈勃提出的计算方法，这表明宇宙的膨胀在加速而不是减速！
一开始，他们怀疑这是观测或数据处理上的错误，或者尘埃等因素的影响。经过反复检查，1998年1月，他们几乎同时公布了自己的观测结果：宇宙的膨胀在加速。这一结论立即引发了广泛关注。
按照广义相对论理论，如果宇宙由一般的“物质”组成，其膨胀会逐渐减速，这是万有引力的作用。那么如何解释观测到的宇宙膨胀加速呢？目前主流的解释是引入“暗能量”的概念。暗能量是人们在建立宇宙膨胀模型中提出的假想：一种充溢空间的、具有负压强的能量。按照相对论，这种负压强在长距离类似于一种反引力，能很好地解释已被哈勃望远镜证实的宇宙加速膨胀现状。
与暗物质相比，暗能量不仅在分布范围上广得多，并且占据着宇宙组成的绝大部分。根据美国宇航局公布的数据，暗能量约占宇宙结构的70%，暗物质约占25%，剩下的约5%则是可见物质。
在广义相对论方程中，暗能量的贡献可以用宇宙常数来描述，虽然爱因斯坦本人最初并未预见到暗能量。刚开始，他认为宇宙应该是静态的、稳定的，既不收缩也不膨胀，所以人为地加了一个宇宙常数来进行解释。
哈勃发布观测自己的结果后，爱因斯坦删掉了这个常数，并将自己在宇宙常数上的往复视为“一生犯的最大错误”。但恐怕他并没有错得很离谱：由于引力作用，删掉宇宙常数后，解出的宇宙是减速膨胀的。为了描述加速膨胀的宇宙，还得把宇宙常数加回来，只不过是与静态宇宙相反的方向。