最后更新：2025年9月10日

暗能量：当宇宙对抗自身引力之时

哈勃望远镜观测到的遥远星系BX442 — 螺旋星系BX442的伪彩色合成图像，位于107亿光年之外。图像来自哈勃太空望远镜（HST）。TVH/凯克望远镜拍摄的星系BX442伪彩色合成图像。图片来源：大卫·劳 / 邓拉普天文学与天体物理研究所。

宇宙加速膨胀的发现

1998年，由索尔·珀尔马特（1959年生）、布莱恩·P·施密特（1967年生）和亚当·里斯（1969年生）领导的两个独立团队，通过研究Ia型超新星发现，宇宙的膨胀并未像先前认为的那样因引力而减速，反而在加速。为解释这一观测结果，宇宙学家引入了暗能量的概念，这是一种神秘成分，约占宇宙总能量含量的70%。

暗能量的假设性质

暗能量有时被等同于宇宙学常数\(\Lambda\)，这是爱因斯坦广义相对论方程（1915年）中的一个附加项。它可被解释为量子真空的内在属性，或是一种动态标量场（精质）的形式。其负压会产生引力排斥，导致宇宙膨胀加速。然而，其物理起源仍未知。

宇宙学方程

在弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃克模型的框架下，膨胀方程写为：\(\;H^2 = \frac{8\pi G}{3}\rho - \frac{k}{a^2} + \frac{\Lambda}{3}\;\)，其中 \(H\) 是哈勃常数，\(\rho\) 是总物质-能量密度，\(k\) 是空间曲率，\(\Lambda\) 是宇宙学常数。当 \(\Lambda > 0\) 时，会导致加速膨胀。

加速膨胀与多重宇宙假说

一些宇宙学理论提出多重宇宙的存在，认为我们的宇宙只是众多"气泡"中的一个。在此背景下，有观点指出，加速膨胀可能不仅源于内在的暗能量，还可能来自相邻宇宙间的引力相互作用或能量流动。

根据这些模型，每个宇宙都有其自身的物理常数和能量密度。邻近宇宙施加的引力可能引发一种表观排斥效应，或加速我们宇宙气泡的膨胀。这一假说仍属推测，且难以通过当前观测进行验证，但它为仅基于宇宙学常数\(\Lambda\)的标准模型提供了另一种可能性。

利用弦理论和膜的理论研究表明，量子真空中的涨落或宇宙膜张力的变化可能影响我们可观测宇宙的膨胀。这些观点在膜模型的背景下，由丽莎·兰德尔（Lisa Randall，1962年生）和胡安·马尔达西那（Juan Maldacena，1968年生）进行了重点讨论。

注：弦理论提出，基本粒子是在10维或11维空间中振动的弦。额外维度（卡拉比-丘流形）的每种可能构型都定义了一个具有自身物理常数的“真空”。这种众多可能解被称为“景观”，它自然引出了“多重宇宙”的概念：我们的宇宙将只是众多具有不同物理性质的宇宙泡泡中的一个。

与宇宙其他组成部分的比较

暗能量如今主导着宇宙演化，其影响力已超越暗物质和普通物质。这种失衡状态约在50亿年前形成，当时物质密度降至低于暗能量密度的临界点。

组件	能量分数	自然	如何
暗能量	≈ 70%	假设（宇宙常数或动态场）	负责加速扩张
暗物质	≈ 25%	未知粒子	不可见，通过引力效应探测
重子物质	约5%	质子、中子、电子	恒星、行星、星际气体
多重宇宙效应（假设性）	?	宇宙间的引力相互作用或能量流动	可能导致膨胀加速进一步加快