暗能量与宇宙加速膨胀

宇宙的膨胀正在加速，这由一种名为暗能量的神秘成分驱动，它在宇宙能量预算中占主导地位，并表现为一种排斥性的引力形式。

Definition

暗能量是宇宙中具有负压的组成部分，驱动着观测到的宇宙膨胀加速；在标准模型中，它由宇宙学常数描述，等同于恒定的真空能量密度，约占宇宙总能量的三分之二。

Scope

本领域涵盖了宇宙膨胀加速的发现、作为主要解释的宇宙学常数和真空能、替代性动力学模型（如精质和修正引力），以及用于描述暗能量的状态方程和观测探测。

Sub-topics

• 宇宙加速膨胀与Ia型超新星
• 宇宙学常数与真空能
• 暗能量状态方程与探测

Core questions

• 宇宙加速膨胀是如何被发现的？
• 什么是暗能量？它仅仅是一个宇宙学常数吗？
• 如何通过观测来检验暗能量的性质？

Key concepts

• 暗能量
• 宇宙加速膨胀
• 宇宙学常数
• 真空能
• 状态方程
• 精质
• 负压

Key theories

加速膨胀

对遥远Ia型超新星的观测表明它们比预期更暗，这表明宇宙的膨胀一直在加速，这需要一个具有负压的组成部分。

宇宙学常数

由爱因斯坦宇宙学常数表示的恒定真空能量密度，为暗能量提供了最简单的描述并符合数据，尽管其微小的值在理论上令人费解。

Clinical relevance

暗能量重塑了宇宙学：它的发现确立了加速、平坦的Lambda-CDM宇宙模型，它约占宇宙能量预算的70%，其本质（无论是真正的常数还是某种动力学形式）是连接宇宙学与基础物理学最深刻的未解之谜之一。

History

1998年和1999年，两个利用Ia型超新星的研究团队宣布了宇宙加速膨胀，这一出人意料的结果使宇宙学常数重新受到关注，并因此获得了2011年诺贝尔奖；随后对宇宙微波背景、重子声学振荡和大尺度结构的调查证实了宇宙由暗能量主导。

Debates

暗能量的本质

暗能量究竟是一个真正的宇宙学常数、一个像精质这样的动力学场，还是广义相对论在宇宙尺度上需要修正的迹象，仍未解决，其微小数值的宇宙学常数问题是一个核心难题。

Key figures

• Saul Perlmutter
• Brian Schmidt
• Adam Riess
• Steven Weinberg
• Albert Einstein

Seminal works

• riess1998
• perlmutter1999

Frequently asked questions

暗物质和暗能量有什么区别？

暗物质是看不见的质量，在引力作用下聚集并有助于形成结构，而暗能量是具有负压的光滑成分，推动膨胀加速；它们具有相反的效果，并且被认为是完全不同的事物。

加速膨胀会永远持续下去吗？

如果暗能量是一个真正的宇宙学常数，加速将无限期地持续下去，导致一个越来越空旷、寒冷的宇宙；如果暗能量演化，未来可能会有所不同，这也是测量其状态方程如此重要的原因之一。