宇宙膨胀不是哈勃首先发现的，却是哈勃第一次证实的。一九二四年，美国天文学家哈勃观测了仙女座星系和其它一些旋涡星系，测定了它们的红移，结果发现这些星系都在远离我们而去，星系离得越远，退行的速度越快，星系距离与退行速度之间的关系符合“哈勃定律”，由此定律得出的星系退行率就是“哈勃常数”，即宇宙膨胀的速率。1929年，哈勃测出的哈勃常数值为500（km/s/Mpc)。根据这个数值，宇宙年龄的上限是20亿年，可是地质学研究却发现地球上存在40多亿年的岩石，难道地球的年龄比宇宙还要长？显然需要修正哈勃常数的值。哈勃在宇宙膨胀的研究中有两个在当时的观测条件下难以克服缺陷，其一：哈勃只能假定宇宙呈均匀的膨胀状态，每个星系都在远离我们的方向上作匀速直线运动；其二：测出的哈勃常数值有很大的误差。

宇宙膨胀“三次发现”的第二次与实证观测无关，基本属于理论构想的产物。1979年12月，正在斯坦福大学工作的古斯形成了有关暴涨的思想，认为宇宙在极早期（大约10的负35次方到10的负33次方秒）经历了一个极短期的加速膨胀，这种急剧膨胀就是所谓的“暴涨”，按照暴涨论的解释，宇宙在10的几十次方分之1秒的瞬间扩大了几十个数量级。暴涨的急剧程度是在暴涨结束以后宇宙继续进行的膨胀完全无法比拟的。暴涨宇宙论解决了大爆炸模型解决不了的一些难题，比如：如果没有暴涨，宇宙原点、或“原始火球”中宇宙尺度的万有引力将会排斥宇宙的诞生。现在，科学家还不能完全说清宇宙急剧膨胀的原因是什么？作用在物质之间的万有引力能够导致宇宙的收缩，宇宙发生暴涨，必须有抗衡万有引力的斥力，这种力应该与宇宙起源时的高温、高热、高密的物质——能量态有关。

宇宙膨胀“三次发现”的第三次有实证观测的数据，进一步验证和修正了哈勃的宇宙膨胀理论。2011年诺贝尔物理学奖得主索尔·珀尔马特、布赖恩·施密特、亚当·里斯通过观测遥远超新星发现了宇宙的加速膨胀。这项发现完全出乎意料，他们以为会发现宇宙膨胀正在减速的迹象，结果发现了完全相反的事实——宇宙膨胀正在加速。宇宙膨胀始于137多亿年前的大爆炸，在最初几十亿年，宇宙膨胀的速度越来越慢，但是，从过去的60亿年开始，宇宙在暗能量的作用下开始一场“旷日持久”的加速膨胀。宇宙加速膨胀的发现彻底修正了哈勃宇宙均匀膨胀的设想，刷新了大爆炸宇宙学的内容，那种预测今日宇宙减速膨胀、甚至停止膨胀的理论是错误的。然而，在预测宇宙的最终命运时，宇宙的减速膨胀、甚至出现大膨胀与大收缩之间的“拐点”也是可能的。

依据宇宙膨胀三次主要的发现和标准宇宙学模型，我们大体上可以绘制宇宙在将近138亿年演变的“膨胀曲线”，第一个阶段是极其短暂的暴涨期；第二个阶段是极其漫长的减速膨胀期，持续的时间大约为70亿到80亿年；第三个阶段是同样极其漫长的加速膨胀期，持续的时间大约为60亿到70亿年。根据天文学家的时间判断，宇宙加速膨胀的持续期短于宇宙的减速膨胀期。今日宇宙处于加速膨胀期，我们还无法判断宇宙未来膨胀的持续时间，这与宇宙的命运是什么的问题有关，而宇宙的命运是宇宙学中最大的课题之一，天文学家和科学爱好者心中有同样的疑问：暗能量驱动的宇宙会永恒地膨胀下去吗？宇宙的膨胀和加速膨胀最终会改变方向，转为收缩吗？收缩是均匀的、加速的、还是减速的？会不会出现一个“摇摆的宇宙”，既不膨胀，也不收缩，处于“原地待命”的静止状态？就像我们在传统和现代、情感和理智、道德和自私、礼仪和廉耻之间经常有“举棋不定”的行为一样。需要指出的是：“摇摆的人生”是妨碍我们学习和应用科学的重要原因。

根据宇宙膨胀曲线的“三阶段论”，我们可以提出很多难以理解和回答的问题，比如：暴涨是如何发生的？天文学家认为宇宙早期的暴涨和宇宙晚期的加速膨胀是两种不同类型的膨胀，比如：早期的暴涨持续的时间极短，但是，早期暴涨的影响可能会持续到现在，而晚期的加速膨胀出现在大约60亿年以前；早期宇宙的膨胀以难以置信的速率发生，天文学家估计早期宇宙的膨胀速率相当于今日宇宙膨胀速率的10的50次方倍，宇宙在极短的时间将高能量的粒子、反粒子和高能辐射“喷洒”出来，宇宙的诞生就像一次“免费的午餐”，这些高能的粒子、反粒子和辐射在宇宙膨胀和冷却的过程中衰减为充斥在宇宙的物质和反物质，暗物质和暗能量。遗存的背景辐射和辐射。暴涨理论是一种科学的假说，没有得到观测的证实，我们知道，天文学家并未在遥远的宇宙中找到“暴涨粒子”，也未找到可以证明暴涨发生的“原初引力波”。暴涨理论可以解释许多的宇宙现象，比如：宇宙的尺度，时空的均匀性和一致性，宇宙背景温度的整体性和相同性等。

根据宇宙膨胀曲线的“三阶段论”，本作者也可以提出几个值得科学家和科学爱好人士思考的问题，其一：能不能将哈勃膨胀理解为宇宙膨胀的一般概念，而将哈勃膨胀划分为两种、三种和更多种的膨胀？比如：将哈勃膨胀划分为宇宙早期的暴涨、减速膨胀和加速膨胀？如果天文学家在今后的天文观察和模型建构中发现了变速和变加速现象，那么可以将哈勃膨胀划分为变速膨胀和变加速膨胀的类型。本作者相信宇宙的膨胀不会是绝对均匀的，只是非常近似绝对均匀的膨胀，应该有微小的变速和变加速膨胀，天文学家也许察觉不到这种微小的变化，就像物理学家不能在更高能量的对撞机中发现新的基本粒子一样。其二：暴涨是怎样转变为宇宙的减速膨胀的？很难设想暴涨只发生在远远不到一秒的时间，不难设想在一秒之后宇宙会延续暴涨的态势，不至于在不到一秒的时间之后，宇宙的膨胀就会“塌方式下滑”、或“断崖式下跌”，形成膨胀曲线陡然向下的一个“尖点”，暴涨在远远不到一秒的时间就“戛然而止”，这不能让人充分信服。其三：宇宙从60亿年前开始的加速膨胀得到了天文观测的证实，而宇宙在暴涨之后发生的减速膨胀缺少天文观测的实证，似乎还没有一位天文学家在不近不远的星系中发现宇宙的减速膨胀。

我们以宇宙膨胀的“三大天文发现”事件为依据，可以绘制过去近138亿年宇宙的“膨胀曲线”，三大发现中的两个基于观测的事实，一个基于理论的构想，宇宙诞生的暴涨论属于理论假说，宇宙膨胀三个阶段中的两个没有得到天文观测的支持，一个得到了天文观测的支持，相对晚期的宇宙加速膨胀获得了充分观测的证据。宇宙诞生后必定发生了膨胀过程，我们只是找不到暴涨和之后减速膨胀的观测依据，从间接的天文现象和科学逻辑的角度来看，暴涨和减速膨胀的发生属于“大概率事件”，没有理由怀疑它们的产生。让本作者感到一丝惊讶的是：宇宙不是“性格温和”的，恰恰是“性格暴躁”的“大帝”，要么暴涨和加速膨胀；要么减速膨胀，没有“不紧不慢”的匀速膨胀。哈勃匀速膨胀的概念也许是错误的，我们至少没有在宇宙的演变中找到匀速膨胀的阶段。

天文学家喜欢用吹气球来形象地比对宇宙膨胀的过程，星系就像气球表面上的一个个五颜六色的斑点，当气球吹大时，气球上斑点之间的距离都在扩大，可以说明当宇宙膨胀时，星系之间分开得越来越远。本作者当然有吹气球的经历，现在回想起来，觉得在开始和结束的阶段吹气球的力气要用得大一些，中间阶段吹气球的力气可以小一些，吹气球时，只要我们用力得当，气球的膨胀既可以是匀速的，也可以是加速的，中间阶段吹气球最有可能是匀速的。为什么宇宙在100多亿年的膨胀过程中没有经历匀速膨胀的阶段？或者经历过近似匀速膨胀的阶段，我们还无从知晓，需要对宇宙整体的膨胀过程进行细节性的划分，目前还缺少这方面的观测资料。这种大众天文学的提问想必让专业的天文学家也感到困惑不已，人类理解研究和知识的进步与对这些问题的回答紧密相关。

（邓如山2016-10-11）

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