自從 1929 年埃德溫·哈勃發(fā)現(xiàn)宇宙正在膨脹以來，科學(xué)家們一直試圖找出這種膨脹率是多少。大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為，雖然已知宇宙正在膨脹，但由于引力將物質(zhì)聚集在一起的吸引力效應(yīng)，這種膨脹速度必須隨著時(shí)間的推移而減慢。因此，科學(xué)家們著手測量這種擴(kuò)張速度的放緩。

這并不容易，因?yàn)闉榱诉M(jìn)行此類測量，我們必須能夠查看數(shù)十億光年外星系的亮度和紅移。在20世紀(jì)的大部分時(shí)間里，沒有好的方法可以準(zhǔn)確地測量這一點(diǎn)。此外，需要某種測量技術(shù)來建立可以與這些星系進(jìn)行比較的標(biāo)準(zhǔn)光度，因?yàn)椴⒎撬行窍翟谙嗤嚯x處都同樣明亮。

這種標(biāo)準(zhǔn)光度稱為標(biāo)準(zhǔn)燭光。在1980年代末和90年代初，美國的Saul Perlmutter和Adam Riess以及澳大利亞的Brian Schmidt領(lǐng)導(dǎo)的兩組天文學(xué)家想出了一個(gè)聰明的方法來測量非常遙遠(yuǎn)星系的真實(shí)距離和紅移：查找最近的一種非常特殊的超新星爆炸，稱為1A型超新星。這提供了標(biāo)準(zhǔn)燭光，因?yàn)樗?A型超新星爆炸時(shí)的光度大致相同。

因此，通過測量這些超新星的亮度，科學(xué)家們可以確定距離。同樣測量了光的紅移，他們可以確定從光離開超新星的那一刻起，空間擴(kuò)大了多少。當(dāng)這兩個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)合起來時(shí)，他們可以知道在不同的時(shí)間范圍內(nèi)空間膨脹了多少，從而知道星系離開地球的速度有多快。他們的發(fā)現(xiàn)令大多數(shù)科學(xué)家感到震驚，因?yàn)橛钪娴呐蛎洸粌H沒有減速或保持不變，而且還在加速。

這種推動(dòng)宇宙加速膨脹的能量被稱為“暗能量”。那么可能是什么原因造成的呢？有兩種可能性。第一種可能性是這種能量是空間本身的屬性， 這被埋在愛因斯坦廣義相對論方程的一個(gè)版本中，其中包含一個(gè)叫做宇宙常數(shù)的東西，它由希臘字母Λ表示。具有諷刺意味的是，愛因斯坦引入了Λ來抵消引力的影響，以保持宇宙靜止。在哈勃發(fā)現(xiàn)宇宙膨脹后，他放棄了它，稱這是他最大的錯(cuò)誤。

Λ可以被認(rèn)為是空間真空的能量密度，它來自量子漲落的非完美抵消。根據(jù)海森堡的測不準(zhǔn)原理，所有粒子都來自的量子場的振動(dòng)，這些場不斷在空曠的空間中創(chuàng)建虛擬粒子。這可以從這個(gè)版本的海森堡方程中看出：能量的不確定性乘以時(shí)間的不確定性大于或等于普朗克常數(shù)除以π的兩倍。

這個(gè)方程還告訴你，如果能量的變化或時(shí)間的變化非常小，以至于它小于普朗克常數(shù)除以π的兩倍，那么你可以從無到有地形成虛粒子。這些虛擬粒子不是我們能看到的，那么是否有任何實(shí)驗(yàn)證據(jù)可以證明這種能量存在的事實(shí)？事實(shí)證明是有的，這就是所謂的卡西米爾效應(yīng)。本質(zhì)上它是一種物理效應(yīng)，我們可以感受到由于真空空間中量子場的波動(dòng)而產(chǎn)生的正能量。

但是這個(gè)理論最大的問題是，當(dāng)你用已知的量子力學(xué)方程來計(jì)算這個(gè)能量應(yīng)該是多少時(shí)，理論能量比1A型超新星數(shù)據(jù)和宇宙微波背景實(shí)際測得的能量高出近120個(gè)數(shù)量級(jí)。這是所有物理學(xué)中理論與觀察之間最大的不匹配，有史以來最糟糕的預(yù)測！換句話說，我們的方程表明這種能量應(yīng)該比它實(shí)際的大得多，但很明顯，我們的方程是錯(cuò)誤的，因?yàn)槿绻芰亢屠碚撘粯佣啵钪鏁?huì)膨脹得如此之快，以至于星系、太陽系和我們都不存在。

第二種可能性是，也許我們對暗能量的認(rèn)識(shí)是錯(cuò)誤的，也許它根本不存在。有一小部分科學(xué)家相信這一點(diǎn)，其中最引人注目的是英國牛津大學(xué)的理論物理學(xué)家Subir Sarkar。他的團(tuán)隊(duì)在2014年向公眾提供原始數(shù)據(jù)后檢查了 1A 型超新星數(shù)據(jù)。

他首先辯稱，原始超新星數(shù)據(jù)并不令人信服，因?yàn)樗鼈兊南嚓P(guān)性僅為 3西格瑪，而不是宇宙學(xué)的典型標(biāo)準(zhǔn)5西格瑪。此外，他認(rèn)為最初的計(jì)算沒有考慮到宇宙中物質(zhì)的不均勻分布。如果銀河系本身被拉向一個(gè)方向，那么這將導(dǎo)致測量錯(cuò)誤。換句話說，也許是我們在減速，而不是宇宙的其他部分在加速?？紤]到這些潛在的錯(cuò)誤，他說原始數(shù)據(jù)相關(guān)性可能甚至低于3西格瑪。因此，他認(rèn)為暗能量可能不存在。