宇宙学的标准模型使万物回归秩序，从大爆炸余晖的模式到星系的演化，无往不利。但是它需要借助暗物质和暗能量的帮助，暗物质是占据一切物质质量1/4大小的看不见的额外物质，而暗能量是神秘的、看起来似乎主宰宇宙的扩张性力。但是有人却宣称，暗能量的威力不过是一场幻梦。
这场冲突的最核心处是宇宙学原理，它宣称不管你在哪里，或者往哪里看，宇宙基本上都是相似的。想用以棘手著称的广义相对论方程来推导出一个可行的宇宙学模型，宇宙学原理是一个极为顺手的工具。广义相对论方程的一头，是促使时空弯曲的物理量，即质量、能量和压力；另一头，则描述着它们的效应，即时空膨胀的速度，以及时空的曲率（时空可以向内弯折，就好像一个四维球层的表面一样，这时我们叫它正曲率；它也可以向外弯折，形成负曲率；它还可以“一马平川”，那就是零曲率了）。
创建一个宇宙学模型意味着宇宙的各个元素之间应保持平衡——各个组分各司其职，共同决定正确的膨胀和曲率。为了让这个工作更可行，宇宙学家假设了一个均匀的宇宙，那里物质和能量均匀摊开，并且有一个平均曲率，它不随时间或空间而变化。这推导出了方程的一系列解，描述了一个平滑、膨胀的宇宙：大爆炸宇宙的标准模型。
这个模型曾经有几次不得不进行调校。首先，科学家们观测发现星系和星系团的旋转速度相比能看到的物质来说有点太快了，而通过加入暗物质，就可以解决这个问题。接下来，在1998年，科学家们发现宇宙的膨胀速度在加快。通过在方程里的质量和能量那一边引入一个常数，或者接近常数的项，就可以让方程平衡了，从而得到一个加速膨胀的平坦宇宙。但是没有人知道这个项到底是什么，尽管模型要求它占到宇宙总能量的70%。
因此，一些具有挑战精神的科学家试图动摇上述假设的正统性。他们说，如果你抛弃宇宙是均匀、到处平坦的假设，那么就可以摆脱暗能量，甚至连暗物质都不需要了。
星系的种子
在遥远的宇宙微波背景中，你可以看到在引力作用下大自然的鬼斧神工造就的星系和星系团的踪影。当宇宙演化时，一个由高密度区域连接而成的网络逐渐清晰起来，其间是巨大的低密度空洞。
这些物质分布情况的不同对周围的时空产生了什么样的影响？由星系和星系团贡献出来的额外的质量应该会影响到周围的时空，使得它们的曲率增加（见图7.2）。
与此同时，空洞会使得时空往反方向弯曲，产生负曲率。
根据法国里昂第一大学的托马斯·布赫特（Thomas Buchert）的理论，这最终的负曲率可能会让宇宙看起来比实际上包含更多的物质，可以使人们产生暗物质存在的错觉。但是这不太可能，对此布赫特十分肯定。暗物质必须存在，因为其他的证据都指向这一结论，而且部分证据（比如说在宇宙早期的微波背景上，声波穿过所留下的特征模式）就没有办法用布赫特的理论（也即试图将暗物质解释为人们的错觉）解释。
不过，尽管暗物质这个“小鬼”十分难缠，布赫特的理论瞄着的“阎王”实际上是暗能量。芬兰赫尔辛基大学的斯凯利·雷塞宁（Syksy R?s?nen） 认为，这种物质和时空的反作用效应也可以影响宇宙的整体几何形状。当物质聚集到一起形成更为浓稠、致密的结构时，宇宙中空洞区域的比例也增加了，使得整体的平均曲率往负方向偏移。相比平直时空，在一个整体曲率不断变负的宇宙里，光线的扭曲会更严重，而物体看起来也会更远。在这样的模型里，你看不到加速膨胀现象，也用不着暗能量。
各奔东西
这个模型还能解释另一个问题。在标准模型里，很难解释为什么暗能量的作用只在50亿年前才开始显现，那时候宇宙的年龄大约是90亿岁。这是一个特别关键的时间节点：暗能量若是在更早期占据主导地位的话，宇宙的不同部分就会“大难临头各自飞”，就不会有星系，不会有生命，也不会有任何探究合理的宇宙学模型的物理学家了。用反作用来解释就好办得多了，因为根本没什么好解释的：50亿年前，不过就是在宇宙结构演化的缓慢过程中的一个时间点，从那时起，空洞开始占主导地位，而整体的曲率也变负了。
雷塞宁倒是十分谦虚，他总结说暗能量模型还不能排除所有合理的质疑。其他人，如新西兰克赖斯特彻奇市坎特伯雷大学的大卫·威尔特希尔（David Wiltshire）的表述就显得更直白了，他直接宣称没有暗能量。威尔特希尔、布赫特和其他主张反作用模型的科学家们宣称，在他们的模型里，不需要暗能量也可以拟合现有的观测。
解决争端最好的办法就是去构造一个更真实的广义相对论模型，这样可以模拟呈团块状的真实宇宙的演化过程。直到前不久，这项挑战所需要的巨量运算还让它只能是镜花水月，但是现在，有两个研究团队分别开始全力利用广义相对论的数值模拟来测算宇宙演化过程。这两个团队的领导者分别是来自美国俄亥俄州克利夫兰市凯斯西储大学的格伦·斯塔克曼，以及来自俄亥俄州甘比亚市凯尼恩学院的汤姆·吉布林（Tom Giblin）。初步结果显示，反作用效应真的会影响局部膨胀率，但是在大的时空尺度上它还没有强到可以修改宇宙整体曲率的地步，所以并不能产生我们所观察到的膨胀加速现象。
威尔特希尔指出，这些模型并没有让时空的平均曲率随时间演化。而斯塔克曼本人很谨慎，他说他们的模型还十分粗糙：物质的分布并不是完全同实际情况一致，因为模拟的精细度还不够高，而且他们是以流体的形式对物质进行模拟的，并非粒子的形式。至少现在，这些反作用理论的专家们还没有放弃他们与暗能量模型的这场斗争。
采访：发现宇宙谜团
亚当·里斯（Adam Riess）与布莱恩·施密特（Brian Schmidt）、 索尔·珀尔马特（Saul Perlmutter）一起分享了2011年的诺贝尔物理学奖，他们的获奖原因是对宇宙加速膨胀现象的发现。里斯在麻省理工学院和哈佛大学接受教育，现在在约翰·霍普金斯大学和空间望远镜研究所任职，两家单位均位于美国马里兰州的巴尔的摩。
你和施密特、珀尔马特一起获得诺贝尔奖的发现究竟是什么？
我们分别领导了一个观测邻近和遥远超新星的天文学家团队，我们的目标是通过对超新星的观测来推断宇宙在历史上的不同时期的膨胀率。我们确认了，与预期结果相悖，宇宙并没有在减速膨胀，相反，它实际在加速膨胀。
暗能量应该是一种时空中的内在能量形式，对于它我们还没有完全弄明白。由于发现一个谜团而获奖，对此你是否感到有些奇怪？
一点没错。宇宙膨胀速度的加快是指向了某个事物的铁证，它可能是引力在大尺度上的行为与我们的预期相悖。我们能说得最清楚的事情是，宇宙在加速膨胀，这让我们很惊讶。
爱因斯坦认为时空有一种内秉的能量密度，不会随时间而变化，这称为宇宙学常数，但是他后来宣称这是他犯的“最大的错误”。你的工作能否为他“洗刷冤屈”？
没错，它能证明爱因斯坦的广义相对论的清白。这么多年过去了，我们所看到的宇宙非常奇特异常的行为完全可以用爱因斯坦的理论解释，甚至可以说被他的理论所预言。
就在不久以前，天文学和天文学在观测上所取得的成就还不会被纳入诺贝尔奖的授奖范围。
是的，我能说出好几个宇宙学历史上诺贝尔奖级别的发现：探测到宇宙尺度的宇宙学膨胀，以及发现暗物质的存在或者某种额外引力的观测结果，诸如此类。这些成就对于我们对物理学的理解而言至关重要。
