暗能量

今期與早期的宇宙質能分佈餅圖

在物理宇宙學中，暗能量是一種充溢空間的、增加宇宙膨脹速度的難以察覺的能量形式。暗能量假說是當今對宇宙加速膨脹的觀測結果的解釋中最為流行的一種。在宇宙標準模型中，暗能量佔據宇宙73%的質能。

暗能量現有兩種模型：宇宙學常數（即一種均勻充滿空間的常能量密度）和純量場（即一個能量密度隨時空變化的動力學場，如第五元素和模空間）。對宇宙有恆定影響的純量場常被包含在宇宙常數中。宇宙常數在物理上等價於真空能量。在空間上變化的純量場很難從宇宙常數中分離出來，因為變化太緩慢了。

對宇宙膨脹的高精度測量可以使我們對膨脹速度隨時間變化有更深入的理解。在廣義相對論中，膨脹速度的變化受宇宙狀態方程式的影響。確定暗物質的狀態方程式是當今觀測宇宙學的最主要問題之一。

加入宇宙學常數後，宇宙學標準羅伯遜-沃爾克度規可以導出Λ-冷暗物質模型，後者因與觀測結果的精確吻合而被稱為宇宙“標準模型”。暗物質被認為是當今形式化宇宙迴圈模型的至關重要的一個因素。

暗能量這個名詞是由邁克·透納引進的。

暗能量的形成

暗能量其基本特徵是具有負壓，在​​宇宙空間中幾乎均勻分佈或完全不結團。在WMAP數據顯示，暗能量在宇宙中佔總物質的不到70%。值得注意的是，對於通常的能量（輻射）、重子和冷暗物質，壓強都是非負的，所以必定存在著一種未知的負壓物質主導今天的宇宙。

宇宙的運動都是旋渦型的，所以暗能量總是以一種旋渦運動的形式出現。所以，在暗能量的旋轉範圍內能形成一種旋渦場，我們稱之為暗能量旋渦場，簡稱為旋渦場。用En來表示太陽系的暗能量，用Ep來表示物質繞太陽系中心運動的總動能。當En=Ep時，太陽系旋渦場處於平衡狀態，它既不會膨脹也不會收縮。但當En衰退時，太陽系旋渦場就會收縮，太陽系中所有的行星就會向太陽靠近。

要提及暗能量，不得不先提及另外一個和它密切相關的概念—暗物質，之所以將其稱之為暗物質而不是物質就是因為它與一般的普通物質有著根本性的區別。普通物質就是那些在一般情況下能用眼睛或借助工具看的見、摸得著的東西，小到原子、大到宇宙星體，近到身邊的各種物體遠到宇宙深處的各種星系。普通物質總是能與光或者部分波發生相互作用或者在一定的條件下自身就能發光、或者折射光線，從而被人們可以感知、看見、摸到或者藉助儀器可以測量得到，但是暗物質恰恰相反，它根本不與光發生作用更不會發光，因為不發光又與光不發生任何作用，所以不會反射、折散或散射光即對各種波和光它們都是百分之百的透明體！所以在天文上用光的手段絕對看不到暗物質，不管是電磁波、無線電還是紅外線、伽馬射線、X射線這些統統都毫無用處，故爾不被人們的感知所感覺也不被目前的儀器所觀測，故此為了區分普通物質和這種特殊的物質而將這種特殊的物質稱之為“暗物質”。

暗能量的可能候選者

光壓

光壓可能即為所謂的暗能量。光子由星系中心被發出而可到達宇宙邊緣， 以光壓推動宇宙造成時空膨脹。根據馬克士威爾 (JC Maxwell)，光壓方程式為

$P=\frac{\rho T^4}{c}$

而根據盎魯效應

$T=\frac{a\hbar}{2\pi ck}$

將後式帶入前式，可得光壓p與加速度a的四次方成正比，此可解釋為何四維宇宙時空有加速膨脹的現象。

參見

• 暗物質
• 宇宙學常數
• 零點能量
• 希格斯場

外部連結

• 制造暗能量探测器
• Sciscape科景網站——物理：可以用弦論來計算黑暗能量嗎？
• 暗能量宇宙學簡介
• 暗能量综述论文