为什么说是暗能量加速了宇宙膨胀

一般的物体膨胀后，会有一种收缩的趋势。比如一个气球，把它吹胀后一旦放开，就会缩回去。这是由于气球的外皮在吹胀时储存了势能，在外力去除后就会释放出来，把气球拉回原样。宇宙也类似，只不过让宇宙收缩或者减速膨胀的力量是由引力提供的。当宇宙膨胀时，物体就相当于逆着引力方向被扔出去，这时引力会让宇宙的膨胀减速。但是现在观测到宇宙的膨胀非但不是减速，而是加速的。那么必定有一种力量，起到了和引力相反的作用。目前，科学家还不知道这种力量到底是什么，而且也测量不到，因此干脆称之为暗能量。

虽然不知道暗能量到底是什么，科学家还是可以描述它的主要性质。它应该均匀地充满整个宇宙，与宇宙的体积成正比，并具有负压力的特性。通常物质系统具有的都是正压力，随着体积变大，往外膨胀的力逐渐变得小于收缩的力，于是膨胀停止并收缩。暗能量的负压力则不然，体积变大，膨胀的力反而会大于收缩的力。如果暗能量具有负压力的特性，宇宙膨胀加速就自然得到了解释：宇宙膨胀时，宇宙空间体积随之增大，暗能量的压力变强；与之相反的是，宇宙空间尺度越大，阻止宇宙膨胀的引力越小。一个变大一个变小，造成了宇宙膨胀的加速。所以暗能量应该起着一种反引力或者说斥力的作用。

那么暗能量应当有多强呢？根据2013年的最新测量结果，暗能量占宇宙物质-能量密度的68.3%，而暗物质和普通物质分别占26.8%和4.9%（普朗克卫星数据）。也就是说，95%的宇宙是由看不见的物质和能量组成，难怪有人称它为暗宇宙。

那么，暗能量到底是什么呢？物理学家提出了一些模型，但是迄今没有一个能令人完全信服。其中最简单的一种解释就是真空能。简言之，就是真空具有的能量。按现代量子物理学的不确定关系，真空本身并不平静，充满着瞬时存在又瞬时湮灭的虚粒子，这些幽灵般的粒子随机地产生和消失，并对周围发生细微的影响。因此，在量子物理学看来，即使是真空系统，也具备最低的能量，这种能量称为零点能，也就是真空能。

真空具有的这种能量会产生引力，同时也会产生压力。在宇宙尺度上，真空的压力与引力产生的综合效应是一种斥力（或者说负引力），这正好符合暗能量的特性。真空产生的斥力大小和其能量密度有关。按量子场论推算，我们这个宇宙的真空能密度为10116电子伏/厘米3，但是我们实际测量出的只有10-4电子伏/厘米3。也就是说实际真空能密度比理论预言的小120个数量级！假如说真空能真的是暗能量的话，那么必然有一种与真空能“等效”的什么机制，对真空能密度起了“抵消”的作用。这就好比在100层高的楼上踏入一个电梯，我们之所以感觉不到楼板的高度，而只感觉到电梯与楼板间的落差，是因为电梯升到了100层，“抵消”了楼的高度。

与真空能等效的是什么呢？今天，大部分科学家认为引力场方程中的“宇宙学常数”是最好的候选者。宇宙学常数最初出现，是爱因斯坦为了使宇宙静止而“硬加”进来的，一开始它就没有任何物理意义，所以获得了这么古怪的名称。后来人们发现宇宙是膨胀的，加入宇宙学常数就被认为是错误的。爱因斯坦也曾一度后悔过。但今天看来，宇宙学常数和万有引力常数G、光速c类似，是我们这个宇宙的一种基本属性。它很可能不为零，而且是正的，好起到抵消真空能的作用。不过，为了解释宇宙的加速膨胀，宇宙学常数必须与真空能相互抵消掉前面120位数字而只留下极其微小的尾数。这实在是一件太巧太偶然的事，以致令人难以置信。不过，不管怎样，这还不失为一种简单而有魅力的解释。爱因斯坦要是知道他提出的宇宙学常数还有这样的物理意义，一定会欣喜若狂！（柴一晟傅承启）

【微问题】加速膨胀的宇宙还会慢下来吗？

【关键词】Ia型超新星　宇宙加速膨胀　暗能量