宇宙每分每秒都在扩大,星系相互远离,星系团之间也渐行渐远,近些年天文学家发现上述过程正在加速,宇宙膨胀的步伐不断加快,星系相对彼此退行的速度也在变得越来越快。这种东西能产生斥力,因为很明显它正在将宇宙向外推挤,我们给它起了一个名字——暗能量(Dark Energy)。
宇宙学常数,量子力学认为真空并非“空无一物”,而是充斥着大量“虚”的粒子和反粒子对,它们同时产生,刹那之间又相互湮灭。尽管听上去很奇怪,但这些仅能存在一瞬间的粒子对携带着能量,而能量与质量一样,能产生引力。
不过与质量不同的是,能量不仅能够产生吸引的引力,还能够产生推斥的引力,这取决于其压强是正还是负。按照量子理论,真空中的能量应该具有负压强,因此有可能就是它们产生了导致宇宙加速膨胀的推斥引力。
这个理论等价于“宇宙学常数”,即爱因斯坦在其广义相对论方程中加入的一个常数项,用来表示空间本身具有的均匀能量密度。如其名称“宇宙学常数”所示,这个假说认为暗能量密度也是一个常数,不随时间和空间变化。目前天体物理的观测证据与这种宇宙常数假设比较相符,当然也并非完全一致。
除此之外,暗能量也可能是一种被称为“精质”(quintessence)的能量场,弥漫在整个宇宙之中,占据空间的每一点,可以抵消引力的吸引作用。物理学家对场并不陌生——无处不在的电磁力和引力就通过场来发挥作用(尽管它们通常来自一个局域的场源,而非充斥整个空间)。
如果暗能量是一个场,它就不太可能是一个常数,而且也可能会随着时间变化。如此一来,过去的暗能量可能比现在更强或是更弱,对宇宙的影响也因时而异。
同样地,它的强度和对宇宙演化的影响也可能在未来发生变化。在这个理论一个名为渐冻场的版本中,暗能量的变化随着时间推移会越来越慢,与之相对的解冻版本则认为暗能量场的变化会越来越快。