大家好，我是 Senko。 本文将解读宇宙中最庞大、也最神秘的存在“暗能量”。
请回想一下宇宙全部能量的构成。恒星与地球这类普通物质占 5%，看不见的暗物质占 27%。而剩下那足足 68% 的，就是暗能量。它是宇宙里毫无争议的主角，真身却比暗物质还要不明。已经弄清的只有一件事：这个神秘的什么东西，正在让宇宙的膨胀越来越快。据说 1998 年这份加速被发现时，天文学家们不敢相信自己的观测结果。下面按顺序看看到底发生了什么。
“本该在减速”的宇宙，却在加速
宇宙在膨胀，这自 1929 年哈勃发现以来就是常识。从大爆炸开始的宇宙，如今仍在朝各个方向继续扩张。20 世纪末，天文学家们想查的是这份膨胀正以怎样的节奏减速。
预测会减速是有正当理由的。宇宙中的物质彼此以引力相吸，所以就像抛上去的球被引力减速那样，膨胀被踩下刹车是理所当然的。问题在于弄清那道刹车是强到宇宙终将转为收缩，还是弱到会永远膨胀下去。
为此用上的，是“Ia 型超新星”这种特殊的恒星爆发。这类爆发具有每一次都以几乎相同的亮度发光的性质，从看起来有多暗就能精确测出距离，可以说是“宇宙的尺子”。1998 年，两支独立的研究团队用这把尺子测量遥远宇宙，得到了惊人的结果：远处的超新星比预想的暗，也就是说它比预想的更远。这意味着宇宙的膨胀非但没减速，反而在加速。去找刹车，结果找到了油门。研究者们怀疑自己的眼睛也不奇怪。这项发现摘得了 2011 年的诺贝尔物理学奖。
爱因斯坦的“最大失误”复活了
让膨胀加速的某种东西。既然引力朝着把一切拉到一起的方向起作用，那就必须有一种与之对抗、把空间撑开的排斥之力充满宇宙。这份身份不明的排斥之力，被命名为暗能量。
有意思的是，这个概念还有一段与爱因斯坦纠缠的前史。1917 年，爱因斯坦想把自己的引力理论（广义相对论）套用到整个宇宙上时，发现照方程原样宇宙会被引力压塌。于是他往方程里添了一个防止塌陷的排斥项，也就是“宇宙学常数”。可后来哈勃发现了宇宙膨胀，不必再担心塌陷，爱因斯坦便把宇宙学常数撤了回去，据传还说过那是“生涯最大的失误”。
1998 年加速的发现，把这个本该束之高阁的宇宙学常数在 80 年后复活了。对暗能量最直白的解读，正是爱因斯坦的宇宙学常数，也就是“空无一物的空间本身所具有的恒定能量”。宇宙膨胀、空间变多，排斥的能量也就随之变多。所以膨胀越推进，加速也越强。天才称之为失误而扔掉的想法，说不定才是宇宙的主角。我觉得这在科学史上也算漂亮得数一数二的伏笔回收。
物理学史上最糟糕的预言
倘若暗能量的真身是“空无一物的空间的能量”，那它在理论上应该算得出来。因为现代物理学认为真空并非彻底的无，而是充满微观涨落、带有能量的。于是理论家们算了真空的能量，拿去与观测到的暗能量的量作比较。
结果让物理学家们僵在了原地。理论的计算值约是观测值的10 的 120 次方倍。1 后面跟着 120 个 0，用“差了个数量级”这种说法远远不够，这是宇宙级的对不上。这被视为物理学全部历史中理论与观测偏离得最远的预言，被称作“宇宙学常数问题”，或者带着几分自嘲叫作“物理学最糟糕的预言”。
这道离谱的偏差意味着，我们对真空这个最身边的“无”，在根本上误解了什么。暗能量之谜既是遥远宇宙的事，同时也是这个房间里空荡荡的空间到底塞着什么这一脚下之谜。若说本系列的暗物质是“宇宙里少了点什么”之谜，那暗能量就是“宇宙里多了解释不了的东西”之谜。
握着宇宙命运的谜
暗能量并不只是学问上的一道谜题，因为它左右着整个宇宙的未来。
如果暗能量的排斥今后保持恒定，宇宙就会永远加速膨胀，遥远的星系会一个接一个加速着消失到视野之外。有预测认为，在极遥远的未来，夜空里其他星系将全部看不见。而如果暗能量的排斥随时间增强，那么星系、恒星乃至原子都被撕开的“大撕裂”式终局也许正等着。反过来若它减弱并反转，宇宙也有可能再度走向收缩。宇宙是永远铺开，还是终有一天被撕碎，握着这个分岔点的正是暗能量的真身。
正因如此，全世界的天文学家都在挑战这个谜。近年精细描绘宇宙膨胀史的大型望远镜与观测卫星接连投入运行，想弄清暗能量究竟是真的恒定，还是随时间在变化。进入 2020 年代后，暗示暗能量可能有微弱变化的观测结果也开始出现，讨论变得活跃。若这一点被确定，爱因斯坦宇宙学常数这份直白的解读就会崩塌，宇宙学将再次被迫改写。
“排斥之力”究竟为何产生
说到引力就是把东西拉过来的力，暗能量为什么反而朝撑开的方向起作用。这里有违直觉，我稍作补充。
钥匙在于，爱因斯坦的引力理论中能量与压强本身就是引力的源头。普通物质带有正压强，这会产生朝吸引方向的引力。可若存在带“负压强”（不是往里拽，而是像把周围顶回去那样的性质）的什么东西，它就会产生排斥性的引力。暗能量，也就是空无一物的空间的能量，被认为正带着这种负压强。
在我们的日常感觉里，只会觉得“能量越多就吸得越紧”，所以这份靠负压强产生的排斥很难咽下去。但它是从爱因斯坦的理论中直白导出的结论。恰恰在日常直觉走不通的地方，藏着宇宙真正的样子。暗能量的排斥，我觉得就是这句话的象征性现象。这里不必强求自己接受，只要收下“空间本身的能量朝撑开的方向起作用”这个事实就够了。
围绕暗能量的疑问
暗物质与暗能量差在哪里
名字很像，作用却正相反。暗物质是靠引力把物质拉到一起、把星系捏住的“拉”的角色；暗能量是把空间撑开、让膨胀加速的“推”的角色。存在的场所也不同：暗物质浓密地聚在星系周围，暗能量则被认为均匀而稀薄地铺在宇宙的一切空间里。共同点只有“身份不明”与“暗这个命名”，这样干脆地记下来才准确。与本站的暗物质那篇一起读，占宇宙 95% 的这两个谜的对照会清晰得多。
日常生活中能感受到暗能量吗
感受不到。暗能量的排斥弱到要在宇宙这般广袤的尺度上才总算起效。在太阳系或星系这种被引力牢牢捆住的狭小区域里，暗能量推的力完全输给引力，影响一点也感觉不到。不必担心地球被从太阳身边拉走，也不必担心您的身体被拉长。暗能量当主角的地方，是引力几乎不起作用的、星系与星系之间那片空荡荡的广袤空间。
名字里带“暗”，它危险吗
一点也不危险，也不是科幻里那种邪恶的力量。“暗（dark）”这个词是因为它不发光、观测抓不到，也就是按“看不见、不知真身”的意思取的，可以说是科学家诚实的标签。听着吓人，内容却只是“还叫不出名字的某种东西”这样谦虚的坦白。把未知作为未知准确地称呼，我把它理解为科学之诚实的体现。
相关的未解决问题与谜题
宇宙另一位看不见的主角“暗物质”、处理宇宙运动之不可预测性的“三体问题”，以及追问夜空为何漆黑的宇宙学经典“奥伯斯悖论”。
结语
本文解读了暗能量。
它占着宇宙的 68%，是毫无争议的主角，真身却是物理学最大级别的谜。爱因斯坦扔掉的想法在 80 年后复活，而它的理论值与观测差了 10 的 120 次方。连“不明白”的规模都是字面意义上的宇宙级，这就是暗能量。
恒星、地球、我们，都不过是宇宙的区区 5%。剩下 95% 被暗物质与暗能量这两个谜占着。这个事实听着有点不安，可我倒觉得，它是一份宣言：“还有 95% 的宇宙等着我们去解开”，那是丰饶得离谱的知识边疆。
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