上世紀初期，科學家哈勃發(fā)現(xiàn)了遙遠星系紅移的現(xiàn)象，據此提出了宇宙膨脹的結論，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，有可能已經開始了50億年。
暗能量假設的提出
按照以往的理論，在宇宙的大尺度上，無論是普通的物質，還是暗物質和反物質，它們之間往往都是以引力為主導的，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，最后轉為相互吸引而發(fā)生坍縮。
而現(xiàn)在科學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，科學家們于是引入了“暗能量”的概念。假設由于暗能量的存在，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。
根據普朗克衛(wèi)星觀測到的數(shù)據，科學家們還測算出了組成宇宙所有物質的大致比例，即暗能量占68.3%，暗物質占26.8%，普通物質只占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，能量表達的都是與引力相關的一些現(xiàn)象，無論是光線，還是普通物質，還是反物質，它們釋放或者吸收能量，都與引力效應有關。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”效應的暗能量稱為“能量”，則與愛因斯坦的引力場方程有關。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)補充進去，代表著宇宙膨脹的驅動力量。
按照大爆炸理論和量子場論，暗能量從真空漲落中產生，具備真空能的性質，反應的是物質和能量分布之間的某種聯(lián)系，因此應該是物質存在的一種狀態(tài)，具備相應的能量，所以將其命名為“暗能量”。
不過，截至目前，暗能量還只是科學界的一個假設，現(xiàn)有的物理學、天文學體系，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《宇宙學和天體物理學雜志》上，德國慕尼黑大學的一個研究團隊去年曾發(fā)表了一篇論文，認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果。而這項結果如果被證實，那么將極有可能修復物理學界兩個最重要理論之間的長期分歧，即量子力學和廣義相對論。廣義相對論假定引力是時空彎曲產生的，但是在量子尺度上卻失去預測能力；而量子力學能夠統(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)的量子物質所構成的，這些物質共同形成了一種隱藏的、難以被人發(fā)覺的“地下世界”。這些量子物質本質上屬于空間本身的構建模塊，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。結果發(fā)現(xiàn)，模擬的結果，與科學家們假設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數(shù)據，與量子引力模型的模擬結果也完美吻合。
之所以會出現(xiàn)這種現(xiàn)象，研究人員認為，目前宇宙所處的階段，是由構成引力的子空間量子物質間的相互作用引起的。當宇宙膨脹到臨界體積時，這些量子物質開始以一種全新的方式相互影響和作用。在早期宇宙中，當宇宙體積很小時，空間中出現(xiàn)的量子物質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，強烈影響著宇宙的演化，構成空間的量子物質之間的相互作用，會產生一種在描述和幅度上，與宇宙學家觀察到暗能量相似的一種加速度。
當然，以上關于量子引力模型，仍然處于假設階段，在相當長的時間內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相結合，來推演宇宙的演化發(fā)展，這本身來說，對于科學家們都是非常有挑戰(zhàn)和有意思的嘗試。
