上世紀(jì)初期，科學(xué)家哈勃發(fā)現(xiàn)了遙遠(yuǎn)星系紅移的現(xiàn)象，據(jù)此提出了宇宙膨脹的結(jié)論，為人們開啟全新的宇宙演化研究提供了重要遵循。1998年，美國兩個研究團隊分別通過研究超新星課題，發(fā)現(xiàn)宇宙不但在膨脹，而且正在加速膨脹，甚至加速膨脹的歷史，有可能已經(jīng)開始了50億年。

暗能量假設(shè)的提出

按照以往的理論，在宇宙的大尺度上，無論是普通的物質(zhì)，還是暗物質(zhì)和反物質(zhì)，它們之間往往都是以引力為主導(dǎo)的，也就是說相互之間都是吸引的，從長期的宇宙演化歷程來看，如果按照這樣的邏輯，宇宙即使由138億年奇點大爆炸釋放的巨大能量推動，呈現(xiàn)出的膨脹態(tài)勢勢必會越來越慢，最后轉(zhuǎn)為相互吸引而發(fā)生坍縮。

而現(xiàn)在科學(xué)家們觀測到的宇宙正在加速膨脹的事實，使得人們越來越意識到，在宇宙中，必然存在著一種尚不得為人所知的神秘力量。為了與先前確立的宇宙演化基本模型相符合，科學(xué)家們于是引入了“暗能量”的概念。假設(shè)由于暗能量的存在，使得宇宙中的空間、宇宙中的所有星系，正在以越來越快的速度，將其推離我們。

根據(jù)普朗克衛(wèi)星觀測到的數(shù)據(jù)，科學(xué)家們還測算出了組成宇宙所有物質(zhì)的大致比例，即暗能量占68.3%，暗物質(zhì)占26.8%，普通物質(zhì)只占4.9%，從這個比例中，我們可以看出，決定著宇宙最終發(fā)展規(guī)律和走向的，無疑就是暗能量，畢竟它占了大頭。

暗能量與傳統(tǒng)我們關(guān)于能量的定義，有著非常大的差異。因為在愛因斯坦的相對論中，能量表達(dá)的都是與引力相關(guān)的一些現(xiàn)象，無論是光線，還是普通物質(zhì)，還是反物質(zhì)，它們釋放或者吸收能量，都與引力效應(yīng)有關(guān)。然而，暗能量正好相反，它不提供引力，而是提供一種排斥力，于是也有人提出，暗能量更應(yīng)該被稱為“反引力”或者“萬有斥力”。

而之所以將引發(fā)“反引力”效應(yīng)的暗能量稱為“能量”，則與愛因斯坦的引力場方程有關(guān)。在這個方程中，一開始愛因斯坦提出了宇宙常數(shù)的概念，并將其放到方程的左邊。后來，為了解釋物質(zhì)密度不為零的靜態(tài)宇宙的存在，愛因斯坦將宇宙常數(shù)從方程中刪除。再后來，隨著哈勃發(fā)現(xiàn)了宇宙膨脹的事實，又將這個宇宙常數(shù)補充進(jìn)去，代表著宇宙膨脹的驅(qū)動力量。

按照大爆炸理論和量子場論，暗能量從真空漲落中產(chǎn)生，具備真空能的性質(zhì)，反應(yīng)的是物質(zhì)和能量分布之間的某種聯(lián)系，因此應(yīng)該是物質(zhì)存在的一種狀態(tài)，具備相應(yīng)的能量，所以將其命名為“暗能量”。

不過，截至目前，暗能量還只是科學(xué)界的一個假設(shè)，現(xiàn)有的物理學(xué)、天文學(xué)體系，都不能完美地解釋宇宙為何加速膨脹的深層次原因，從目前看，這仍將是宇宙的一個終極未解之謎。而關(guān)于暗能量的真實性、未知的特性等，也將深深地影響和塑造著我們所處宇宙的最終命運。

量子引力模型的作用

在《宇宙學(xué)和天體物理學(xué)雜志》上，德國慕尼黑大學(xué)的一個研究團隊去年曾發(fā)表了一篇論文，認(rèn)為暗能量的反引力特性，可能是宇宙中最基本量子尺度下引力作用的自然結(jié)果。而這項結(jié)果如果被證實，那么將極有可能修復(fù)物理學(xué)界兩個最重要理論之間的長期分歧，即量子力學(xué)和廣義相對論。廣義相對論假定引力是時空彎曲產(chǎn)生的，但是在量子尺度上卻失去預(yù)測能力；而量子力學(xué)能夠統(tǒng)一除引力之外的所有其他已知的基本作用力，但是對引力卻無能為力。

所以，為了解決這一對矛盾，很多物理學(xué)家，都在試圖引力和研究量子引力理論，將其視為解決廣義相對論和量子理論之間的矛盾、將它們統(tǒng)一起來的唯一路徑。而量子引力理論的核心思想，則是將引力視為無數(shù)非常微小的、呈離散狀態(tài)的量子物質(zhì)所構(gòu)成的，這些物質(zhì)共同形成了一種隱藏的、難以被人發(fā)覺的“地下世界”。這些量子物質(zhì)本質(zhì)上屬于空間本身的構(gòu)建模塊，但不存在于任何的空間中，但可以組成形成空間的材料。

在該項研究中，研究團隊首先通過嘗試在微觀層面更好地理解力的特性，來構(gòu)建一種全新的量子引力模型，然后通過計算機模擬宇宙的演化，從中找出宇宙膨脹和演化的過程中，量子引力模型在其中到底能發(fā)揮什么作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，模擬的結(jié)果，與科學(xué)家們假設(shè)的暗能量模型出奇地相似，特別是現(xiàn)在宇宙加速膨脹的相關(guān)數(shù)據(jù)，與量子引力模型的模擬結(jié)果也完美吻合。

之所以會出現(xiàn)這種現(xiàn)象，研究人員認(rèn)為，目前宇宙所處的階段，是由構(gòu)成引力的子空間量子物質(zhì)間的相互作用引起的。當(dāng)宇宙膨脹到臨界體積時，這些量子物質(zhì)開始以一種全新的方式相互影響和作用。在早期宇宙中，當(dāng)宇宙體積很小時，空間中出現(xiàn)的量子物質(zhì)以某種方式相互作用，與它們的大規(guī)模長期演化相比，是處于次要地位的。

但是，隨著時間的推移，在某些時候這些相互作用變得更加緊密相關(guān)，強烈影響著宇宙的演化，構(gòu)成空間的量子物質(zhì)之間的相互作用，會產(chǎn)生一種在描述和幅度上，與宇宙學(xué)家觀察到暗能量相似的一種加速度。

當(dāng)然，以上關(guān)于量子引力模型，仍然處于假設(shè)階段，在相當(dāng)長的時間內(nèi)或許并不能通過觀測實踐來證實。不過，將全新的量子引力模型與暗能量假設(shè)相結(jié)合，來推演宇宙的演化發(fā)展，這本身來說，對于科學(xué)家們都是非常有挑戰(zhàn)和有意思的嘗試。