什么是暗能量?

暗能量是宇宙学中最大的未解之谜之一，它现在被认为占宇宙中所有物质的68%。

图为德国马普研究所天体物理学家Volker Springel模拟的快照，它代表了宇宙9亿年、32亿年和137亿年(现在)时宇宙结构(星系和空隙)的增长。图片由Volker Springel/ MPE/Kavli基金会提供。

暗能量是一种神秘的能量，它导致宇宙的膨胀速度随时间而加速，这与人们对始于大爆炸的宇宙的预期相反。20世纪的天文学家发现宇宙正在膨胀，他们认为膨胀可能会永远持续下去，或者宇宙有足够的自引力阻止膨胀并导致大坍缩，现在，在21世纪早期的宇宙学中，这一观点得到了发展，今天的宇宙被认为比数十亿年前扩张得更快。那么是什么导致了膨胀率的增加？天文学家现在有时把排斥力作为一种可能的理解方式。

直到20世纪90年代末，大多数宇宙学家都认为宇宙没有足够的质量引起大爆炸，特别是，2dF星系红移测量和斯隆数字天空测量获得的数据似乎证实了宇宙将永远膨胀，尽管随着宇宙自身的质量和引力试图把它拉回来，膨胀的速度会越来越慢。

1998年，在一次对1A型超新星的调查中，人们首次发现了一些革命性的迹象，这些垂死的巨星的巨大爆炸对天文学家来说非常有用，因为它们总是发出同样数量的光，因此可以作为所谓的“标准烛光”来计算宇宙中的距离，这是一个非常简单的想法。想想晚上的萤火虫吧：它们都发出同样的光亮，通过测量它们在你所在位置的亮度，你可以计算出它们的距离。

1998年的调查是由两个国际天文学家小组进行的，其中包括美国的亚当·里斯和索尔·珀尔马特，以及澳大利亚的布莱恩·施密特。他们在世界范围内使用了8架望远镜，目的是利用1A型超新星的距离来计算宇宙的膨胀率，即所谓的“哈勃常数”(尽管在现实中，由于宇宙的膨胀率随时间而变化，从技术上讲它不是一个常数)。

调查结果令人吃惊，遥远的超新星爆炸时，宇宙只有现在年龄的2/3，比它们本来应该的样子要暗淡得多，因此也远得多。这意味着，如果当前的想法是正确的，那么宇宙的扩张速度将远远超过它应该达到的速度。

这张图表揭示了自150亿年前宇宙诞生以来膨胀率的变化，曲线越浅，膨胀速度越快，这条曲线在大约75亿年前发生了明显的变化，当时宇宙中的物体开始以更快的速度分裂，天文学家认为，宇宙膨胀速度加快是由于一种神秘的黑暗力量：暗能量。图片来自NASA/ STSci/ Ann Feild/ HubbleSite。

当这些结果被公布时，遭到了天文学界的很多质疑，很快其他团队和其他方法也进行了同样的观察。在世纪之交，人们越来越清楚地认识到，宇宙的膨胀并没有像人们普遍认为的那样慢下来，它实际上在加速。更奇怪的是，正如人们所预料的那样，宇宙膨胀一直在减速，直到大爆炸后七八十亿年后才停止，但后来，由于完全未知的原因，一种神秘的“反重力”开始占据主导地位，克服了重力施加在膨胀上的刹车，然后扭转了减速，开始加速。

你可以想象这个发现对天文学家和宇宙学家是多么的震惊，造成这种加速的力量被科学家们称为暗能量。在这种情况下，黑暗意味着未知，而不是字面上的黑暗，就像暗物质的情况。需要指出的是，暗能量和暗物质是完全不相关的现象。

更神秘的是，这种奇怪的暗能量的性质似乎与爱因斯坦的宇宙常数相匹配，这个常数有时被称为他的捏造因子，后来被爱因斯坦自己描述为他一生中最大的职业失误，爱因斯坦讨厌宇宙膨胀的想法，他更喜欢20世纪早期流行的稳态宇宙学所假设的静态宇宙，他发明了一种来历不明的反引力来抵消观测到的宇宙膨胀，从而导致宇宙不膨胀，然而，爱因斯坦后来收回了这一观点，这一观点没有得到观测的支持。

暗能量是宇宙学中最大的未解之谜之一，现在人们认为暗物质占了宇宙中所有物质的68%，包括普通的所谓的“重子”物质——我们实际上能看到的所有物质——只占5%，其余的则是暗物质，这是另一个巨大的宇宙之谜。暗能量的行为确实类似于爱因斯坦的反引力，但它的性质和起源仍然未知，它最大的谜团之一是，为什么暗能量在大爆炸后数十亿年的某个特定时间点开始主导宇宙的膨胀速度，如果它现在存在，为什么它之前一直没出现?

暗能量的物理学是高度推测性的，近年来，有一种观点得到了广泛的认同，那就是暗能量类似于一种被称为“精髓”的力，它是希格斯场的一个亲戚，但到目前为止，还没有观察到的证据支持或否定这一点。宇宙学家也不知道暗能量永远会继续加速宇宙膨胀，目前和未来有几个太空任务和地面调查将调查暗能量的性质，包括美国宇航局的WFIRST轨道望远镜和位于智利的国际暗能量调查。

我们希望不久就能对这种神秘的力量有更深入的了解，这种力量对宇宙的未来有着巨大的影响，但为了获得这种了解，我们需要勾画出一个更完整的宇宙历史，然而，137亿年的考古是极其困难和耗时的，历史上有那么多的古地层丢失或模糊，所以我们不能期待任何突然的发现。

结论：宇宙的膨胀速度比以前的理论预测的要快，暗能量是宇宙学中最大的未解之谜之一，可能是它加速膨胀的原因，暗能量现在被认为是宇宙中所有物质的68%。

拓展阅读：什么是暗物质？

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