提到暗能量，很多人會(huì)將其和暗物質(zhì)混淆，畢竟名字都有一個(gè)“暗”字。

其實(shí)這兩者除了都不參與電磁力，基本上沒(méi)有什么共同點(diǎn)（目前來(lái)看）。相反，暗物質(zhì)具有引力作用，而暗能量是斥力作用。

如果現(xiàn)有宇宙學(xué)模型的預(yù)測(cè)是對(duì)的話(huà)，那暗能量會(huì)占據(jù)宇宙總能量的68.3%，暗物質(zhì)則為26.8%，而我們看得見(jiàn)摸得著的正常物質(zhì)只占據(jù)4.9%（數(shù)據(jù)存在誤差）。所以對(duì)暗能量的研究，將是揭開(kāi)宇宙神秘面紗的核心環(huán)節(jié)。

不管是暗物質(zhì)還是暗能量，它們之所以是“暗”的，完全是因?yàn)槲覀兛床灰?jiàn)，這不僅肉眼上的看不見(jiàn)，也是電磁探測(cè)器的看不見(jiàn)。

所以可以確信，暗物質(zhì)和暗能量都不參與電磁作用。

沒(méi)有電磁作用，就意味著這些物質(zhì)獨(dú)立于人類(lèi)的感官之外。

人類(lèi)感知世界的方式無(wú)非來(lái)自五大感官，眼睛的視覺(jué)，鼻子的嗅覺(jué)，舌頭的味覺(jué)，耳朵的聽(tīng)覺(jué)，皮膚的觸覺(jué)，本質(zhì)都是通過(guò)電磁力傳入到人的意識(shí)中的。

而不存在電磁作用的暗物質(zhì)和暗能量必然是無(wú)法被人類(lèi)的感官識(shí)別到的。

與暗能量不同的是，暗物質(zhì)雖然不參與電磁作用，但好在參與引力。

暗物質(zhì)最早是由荷蘭物理學(xué)家—揚(yáng)?奧爾特提出的，也就是后來(lái)名字被命名為奧爾特云的奧爾特。

1932年，奧爾特在研究銀河系自旋時(shí)發(fā)現(xiàn)，按照現(xiàn)有的引力理論，無(wú)法解釋為何銀河系外側(cè)的旋轉(zhuǎn)速度遠(yuǎn)超理論預(yù)測(cè)值。如果銀河系內(nèi)沒(méi)有額外的質(zhì)量，那么銀河系自身的引力還不足以束縛住星系外側(cè)超強(qiáng)的離心力，這會(huì)導(dǎo)致整個(gè)星系分崩離析。

所以就預(yù)言，銀河系內(nèi)一定存在一種看不見(jiàn)的額外物質(zhì)，而這就是后來(lái)的暗物質(zhì)。

如今，關(guān)于暗物質(zhì)最有利的證據(jù)主要集中在大尺度下的引力透鏡效應(yīng)中。

最典型的就是子彈星系團(tuán)的引力透鏡。

子彈星系團(tuán)是由船底座的兩個(gè)碰撞星系組成。如果不引入暗物質(zhì)，按照這兩個(gè)星系的質(zhì)量計(jì)算，不可能出現(xiàn)如此顯著的引力透鏡效應(yīng)，所以天文學(xué)家根據(jù)引力透鏡效應(yīng)就能反推出暗物質(zhì)的分布情況。

其中粉紅色部分是正常物質(zhì)發(fā)出的X射線(xiàn)，而藍(lán)色部分則是通過(guò)引力透鏡推算出的暗物質(zhì)分布。

子彈星系團(tuán)也是目前證明暗物質(zhì)存在的最好證據(jù)。

如今我們通過(guò)大量的引力透鏡效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)的分布基本上是團(tuán)狀的，分布極不均勻。

這一點(diǎn)就和暗能量完全不同，暗能量在宇宙中的分布是十分均勻的。況且暗能量并不參與萬(wàn)有引力，反而表現(xiàn)成萬(wàn)有斥力。

關(guān)于對(duì)暗能量的認(rèn)識(shí)，最早還得追溯到廣義相對(duì)論中。

廣相的核心就是引力場(chǎng)方程。引力場(chǎng)方程最初是這樣的。

但在1917年，愛(ài)因斯坦在求解引力場(chǎng)方程時(shí)發(fā)現(xiàn)，其計(jì)算的結(jié)果表明宇宙是動(dòng)態(tài)的，宇宙要么坍縮，要么膨脹。

但那個(gè)年代的物理學(xué)家?guī)缀醵颊J(rèn)為宇宙是靜態(tài)有限的。很難接受動(dòng)態(tài)宇宙的觀(guān)念。所以愛(ài)因斯坦就在引力場(chǎng)方程加入了一個(gè)常數(shù)，以避免引力場(chǎng)方程全是動(dòng)態(tài)宇宙的計(jì)算結(jié)果。

這個(gè)常數(shù)就是著名的宇宙學(xué)常數(shù)Λ，其實(shí)在引力場(chǎng)方程中加入宇宙學(xué)常數(shù)后，并不是說(shuō)，引力場(chǎng)方程計(jì)算出的結(jié)果肯定就是靜態(tài)宇宙。而是起碼有了一個(gè)靜態(tài)宇宙的解。

可能有人會(huì)覺(jué)得，引力場(chǎng)方程是對(duì)引力現(xiàn)象的歸納，是對(duì)標(biāo)自然現(xiàn)象的，方程中怎么能順便加個(gè)東西呢，這樣一來(lái)，方程計(jì)算的結(jié)果還正確嗎。

其實(shí)在物理方程中加常數(shù)是十分常規(guī)的操作。比如庫(kù)侖定律中的庫(kù)侖常數(shù)K和萬(wàn)有引力定律中的引力常數(shù)G。

在引力公式中，如果不加常數(shù)G，F(xiàn)＝Mm/R2雖然也能定量分析出引力和物體質(zhì)量與距離之間的關(guān)系。

但是這樣計(jì)算出的數(shù)值實(shí)在太大，無(wú)法和其他物理量對(duì)應(yīng)上，所以就需要用一個(gè)常數(shù)抵消數(shù)量級(jí)上的差距。

在愛(ài)因斯坦的引力場(chǎng)方程中，加入宇宙常數(shù)也是為了和靜態(tài)宇宙的理念對(duì)應(yīng)上。

但是到了1924年，哈勃發(fā)現(xiàn)大部分星系都在遠(yuǎn)離銀河系，距離我們?cè)竭h(yuǎn)的星系，其退行速度越快，這表明宇宙正在膨脹。

起初愛(ài)因斯坦并不愿意相信宇宙正在膨脹的事實(shí)，后面他還親自跑到天文臺(tái)實(shí)地觀(guān)測(cè)，才不得不放棄自己的看法，并于1931年承認(rèn)，在引力場(chǎng)方程中加入宇宙學(xué)常數(shù)，是他人生中最大的錯(cuò)誤。

之后，愛(ài)因斯坦在引力場(chǎng)方程中移除了宇宙學(xué)常數(shù)。

宇宙學(xué)常數(shù)的復(fù)活要到1998年，因?yàn)榫驮谶@一年，天文學(xué)家捕獲到了1a型超新星爆發(fā)的光譜線(xiàn)，通過(guò)對(duì)紅移量的分析發(fā)現(xiàn)，宇宙正在加速膨脹。

而這一發(fā)現(xiàn)不僅預(yù)示著宇宙學(xué)常數(shù)的復(fù)活，也預(yù)示著暗能量的發(fā)現(xiàn)。之后，發(fā)現(xiàn)宇宙正在加速膨脹的這三位物理學(xué)家也獲得了2011年的物理學(xué)諾獎(jiǎng)。

為什么宇宙加速膨脹會(huì)讓宇宙學(xué)常數(shù)復(fù)活呢，這又和暗能量有什么關(guān)系？

其實(shí)在1998年之前，天文學(xué)家雖然知道宇宙正在膨脹，但普遍認(rèn)為這種膨脹是由宇宙大爆炸的余威推動(dòng)的，是一種減速膨脹，隨后在引力的作用下，宇宙會(huì)停止膨脹，然后開(kāi)始收縮，最后整個(gè)宇宙又會(huì)坍縮到奇點(diǎn)上。

而98年發(fā)現(xiàn)宇宙正在加速膨脹的現(xiàn)象推翻了之前所有的猜想。當(dāng)時(shí)有人甚至都懷疑引力場(chǎng)方程的正確性。

在此前，減速膨脹的宇宙模型中，由于不存在斥力的概念，所以引力場(chǎng)方程對(duì)減速膨脹的解釋十分完美。

我們可以將越來(lái)越慢的膨脹理解成大爆炸的余威，大爆炸導(dǎo)致宇宙超光速膨脹，在引力的作用下，膨脹速度不斷降低，之后宇宙開(kāi)始收縮！

但隨后面對(duì)宇宙加速膨脹的事實(shí)，讓引力場(chǎng)方程難以解釋。

所以從當(dāng)時(shí)開(kāi)始就流行廣義相對(duì)論可能是局限性理論的觀(guān)點(diǎn)。

局限性理論就是給廣義相對(duì)論降級(jí)，不再認(rèn)為廣義相對(duì)論是宇宙中普適的引力理論，而是和牛頓引力理論一樣，是一種局限性理論。牛頓的引力理論適用于恒星系內(nèi)弱場(chǎng)，小尺度的引力現(xiàn)象。

而廣義相對(duì)論不僅兼容牛頓引力理論，還適用于黑洞，中子星那種強(qiáng)場(chǎng)的引力現(xiàn)象。而對(duì)于超宏觀(guān)尺度下的加速膨脹現(xiàn)象，則需要新的理論解釋?zhuān)热绯饬碚摗?/p>

但是這種觀(guān)點(diǎn)很難被認(rèn)可，如果引力和斥力都存在與宇宙，那斥力和引力的分界線(xiàn)在哪？為什么超宏觀(guān)尺度就是斥力，而不是引力呢？

目前為止，物理學(xué)家雖然已經(jīng)接受了斥力的觀(guān)念，但是認(rèn)為斥力和引力是同時(shí)存在于宇宙之中，沒(méi)有尺度上的界限。之所以超宏觀(guān)尺度會(huì)表現(xiàn)成斥力，則有另一套說(shuō)法。

這就是暗能量假說(shuō)，并認(rèn)為宇宙中均勻分布著暗能量，暗能量會(huì)表現(xiàn)出斥力作用，推動(dòng)著宇宙加速膨脹。

并且，暗能量可以在宇宙學(xué)常數(shù)中找到支持。

在引力場(chǎng)方程中，宇宙學(xué)常數(shù)的正值代表著斥力作用。

將宇宙學(xué)常數(shù)放到愛(ài)因斯坦的引力場(chǎng)方程中，可能很多人都看不懂。如果能換個(gè)公式就會(huì)簡(jiǎn)單很多。

通過(guò)計(jì)算，將宇宙學(xué)常數(shù)放到牛頓引力方程中，會(huì)得到這樣一個(gè)公式。

這個(gè)公式看起來(lái)就簡(jiǎn)單多了，F(xiàn)代表物體受到的力，G是萬(wàn)有引力常數(shù)，M是物體的質(zhì)量，Λ是宇宙學(xué)常數(shù)，R代表物體之間的距離。

其中負(fù)號(hào)表示的是引力作用，加號(hào)則是斥力作用。

所以在加入宇宙學(xué)常數(shù)的引力公式中，物體同時(shí)會(huì)受到引力和斥力的雙重作用。

負(fù)號(hào)項(xiàng)代表引力，加號(hào)項(xiàng)代表斥力。如果引力項(xiàng)大于斥力項(xiàng)則物體表現(xiàn)成引力作用，如果斥力項(xiàng)大于引力項(xiàng)，則物體表現(xiàn)成斥力作用。

但是你會(huì)發(fā)現(xiàn)，在這個(gè)公式中，除了距離R是變量，其他都是常量。所以物體到底呈現(xiàn)出引力還是斥力現(xiàn)象都取決于距離的大小。

在引力項(xiàng)中，距離R是以平方的形式處于分母中，而斥力項(xiàng)的距離R卻處于分子中。

另外，引力項(xiàng)的常數(shù)GM遠(yuǎn)大于斥力項(xiàng)的常數(shù)值。

所以一開(kāi)始，即便距離越來(lái)越遠(yuǎn)，R越來(lái)越大，導(dǎo)致引力項(xiàng)越來(lái)越小，但整體數(shù)值還是大于斥力項(xiàng)。畢竟一開(kāi)始引力項(xiàng)的常數(shù)值就很大。由于引力項(xiàng)的R是平方，所以隨著距離的變大，其引力項(xiàng)變小的速度更快。直到達(dá)到某個(gè)距離上的平衡點(diǎn)，斥力將徹底戰(zhàn)勝引力。

一般來(lái)說(shuō)，在星系尺度上，引力還是占據(jù)主導(dǎo)，但是當(dāng)空間尺度超過(guò)數(shù)千萬(wàn)光年，斥力就開(kāi)始占據(jù)主導(dǎo)。

這就解釋了很多人的一個(gè)困惑，我們都知道宇宙正在加速膨脹，但是距離地球最近的仙女座星系卻在以110公里/每秒的速度接近銀河系，預(yù)計(jì)45億年之后會(huì)和銀河系碰撞。

其實(shí)這并不矛盾，因?yàn)殂y河系距離仙女座星系也就250萬(wàn)光年，在這個(gè)尺度上，引力還是占據(jù)主導(dǎo)的，如果再遠(yuǎn)一點(diǎn)，或許就是斥力占主導(dǎo)了。

目前學(xué)界主流看法認(rèn)為，在引力場(chǎng)方程中加入宇宙學(xué)常數(shù)后，超宏觀(guān)尺度下的斥力作用正是由暗能量主導(dǎo)的，這也是宇宙加速膨脹的推動(dòng)力。

但目前，宇宙學(xué)常數(shù)面臨一個(gè)很大的問(wèn)題。這就是引入宇宙學(xué)常數(shù)后的引力場(chǎng)方程計(jì)算的真空能量 與量子力學(xué)計(jì)算的真空能量的數(shù)值嚴(yán)重不符。

這句話(huà)聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)繞。其實(shí)道理很簡(jiǎn)單，也就是說(shuō)，宏觀(guān)計(jì)算結(jié)果和微觀(guān)計(jì)算結(jié)果嚴(yán)重不符。

事實(shí)上，在空無(wú)一物的真空中，能量并不為零，因?yàn)檎婵罩锌倳?huì)平白無(wú)故地冒出“虛粒子對(duì)”（反物質(zhì)），這些虛粒子的能量是從真空中借的，然后很快就會(huì)湮滅還給真空，宇宙中所有的空間都會(huì)不斷冒出虛粒子，這就導(dǎo)致真空的最低能量并不為零，這就是真空零點(diǎn)能。

而宇宙中真空總能量就可以通過(guò)真空零點(diǎn)能做一個(gè)積分，也就是把宇宙中所有的真空零點(diǎn)能加起來(lái)，這是從微觀(guān)尺度計(jì)算的真空能量。

但是在宏觀(guān)尺度上，引入宇宙學(xué)常數(shù)的引力場(chǎng)方程也能計(jì)算出宇宙的真空能量。但是計(jì)算出的真空能量和量子力學(xué)的結(jié)果相差了120個(gè)數(shù)量級(jí)。這種差距就相當(dāng)用兩個(gè)理論分別計(jì)算一個(gè)人的體重。其中一個(gè)計(jì)算結(jié)果是100斤，另一個(gè)結(jié)果100萬(wàn)億億……噸。現(xiàn)在也不知道誰(shuí)對(duì)誰(shuí)錯(cuò)，或許兩個(gè)都是錯(cuò)的，或許其中一個(gè)是對(duì)的，另一個(gè)是錯(cuò)的。更或許兩者都對(duì)，但其中忽略了一個(gè)很重要的隱變量。

目前越來(lái)越多的天文數(shù)據(jù)表明，貌似宇宙學(xué)常數(shù)有問(wèn)題，宇宙學(xué)常數(shù)可能并不是常數(shù)，而是一個(gè)變量。如果的確如此，就會(huì)引申出動(dòng)態(tài)暗能量假說(shuō)。

在動(dòng)態(tài)暗能量假說(shuō)中，暗能量會(huì)隨著時(shí)間的推移變得越來(lái)越強(qiáng)，可能在遙遠(yuǎn)的未來(lái)，100米以上的尺度都是斥力，最后引力會(huì)被壓縮到基本粒子以?xún)?nèi)的尺度才有效，基本粒子以外的尺度都是暗能量主導(dǎo)的斥力。

這就是動(dòng)態(tài)暗能量理論預(yù)測(cè)的大撕裂時(shí)代。在大撕裂時(shí)代中，宇宙中所有的物質(zhì)都表現(xiàn)成斥力。太陽(yáng)，人體，細(xì)胞，分子，原子核都會(huì)在斥力的作用下分裂成基本粒子。宇宙中除了基本粒子，不再存在任何形式的物質(zhì)結(jié)構(gòu)。

基本粒子在斥力的作用下彼此遠(yuǎn)離，基本粒子之間的距離會(huì)變得無(wú)限大，宇宙也將變得無(wú)限大。