暗能量占据了宇宙总质量和能量之和的2/3，却依然让我们冥思苦想。暗能量到底是一种新的场、一种新的力还是我们自己对其一无所知的能量？
20年前，我们注意到了一股神秘的力量在把宇宙往外推。这种力量无处不在，我们却看不到它。除了它占了宇宙整个物质构成的2/3以外，我们对它完全不了解：它是什么？它从哪里来？它由什么构成？我们只有这头神秘怪兽的名字：暗能量。近几年，科学家对暗能量的搜寻工作开始加快了步伐，新的巡天项目通过观察爆发的恒星和古老的星系团，可以追踪暗能量的踪迹。空间项目和巨型的地面望远镜很快就会加入这场搜寻活动，而一些物理学家正准备在实验室里捕捉暗能量。
到目前为止，我们对暗能量只知道以下3点。
（1） 它能产生推力。在1998年，一些超新星爆发产生的亮度暗得出乎寻常，说明它们与我们的距离比预期要更远。似乎宇宙从某个点开始膨胀得更快了，宇宙就好像被某种斥力往外推动着，这种力抵消了物质的引力。
（2） 它数量众多。星系的运动和成团可以告诉我们宇宙中的物质究竟有多少，而宇宙微波背景辐射可以让我们计算出物质和能量的总密度，第二个量比第一个大得多。宇宙中的大约68%是非物质的、能量形式的推动力。
（3） 它激发了物理学家的创造性思维，目前暗物质已经有了数以百计的神奇形式。
为什么暗能量可以产生向外的推力？
我们对引力的吸引作用已经习以为常，所以当发现有一种宇宙学的力并不是具有吸引作用，反而是排斥的时候，我们会如坐针毡。真空能从其他角度来看同样奇怪：当空间膨胀时，这种玩意儿会越来越多，产生越来越多的能量。这就好像一个弹簧或者橡皮筋，当你往外拉的时候，它会获得能量。换句话说，真空能有张力。
但是有张力的物体难道不应该施加拉力，而非推力吗？在这一点上，我们的直觉出错了。在广义相对论中，确定引力性质的并非仅仅是能量，也包括压力。高压会产生引力，反过来，紧绷着的物体会产生斥力。
显然，这个解释有点糊弄人。但是中学物理只能帮你到这里了，它能告诉你暗能量有张力，然后相对论的奇迹发生了，使得张力产生一种斥力。在探索暗能量真义的漫漫征途中，我们遇到的一个难题就是怎么去很好地解释排斥效应本身。
宇宙学常数
在所有假想的怪兽中，最“温驯”的是宇宙学常数，实际上，即使是它也足够狂野了。这是一种空间本身携带的能量密度，在爱因斯坦的广义相对论中产生一种排斥性的引力。当空间膨胀时，暗能量越来越多，相比越来越稀疏的物质产生的引力，斥力越来越强。粒子物理学也许可以给它提供一个起源，那就是在充满不确定性的量子真空中，不断翻腾着的、生成又幻灭的虚粒子。问题是，这些粒子看起来能量有点高过了头——最简单的计算显示，大概是10120焦耳/立方千米。
这种灾难性的差异为其他替代理论创造了空间。暗能量可能是弥漫于空间的某种能量场，随着时间的推移，甚至可能在某些地方凝聚。它可能是某种在长距离上呈现出斥力的引力形式。在一种理论里，暗能量化身为某种无线电波，只是其波长比可观测宇宙还要大上数万亿倍。它还可能比上述的假说更奇特。
天文学家想要弄明白暗能量是否随时间变化。如果是的话，那就能将宇宙学常数排除了，因为它的密度是保持不变的。与之相对的是，在空间慢慢拉伸时，如果暗能量是一种新的能量场，它就可能会被稀释，也可能由于宇宙膨胀而变多，从而加强。在大部分的修正引力理论里，暗能量的密度也是变化的，甚至可能会先增后减，也可能先减后增。
宇宙命运的奥秘在于平衡。如果暗能量保持稳定，宇宙中的大部分区域都会随着与我们距离的增加而加速远去，只剩下我们在一个小小的宇宙孤岛，并永远地与宇宙的其他部分断绝联系。如果暗能量增强，它可能会在一场大撕裂中把所有的物质都撕毁，甚至可能在今时今日就会让空间的网格变得不稳定。我们今天的最佳估计主要依赖于对超新星的观测，我们的结论是，暗能量的密度还是蛮稳定的。
追逐阴影
暗能量巡天（Dark Energy Survey, DES）项目的目标是在天空的一大片区域中寻找一些暗能量的蛛丝马迹。这个项目利用的是位于智利的托洛洛山美洲天文台，采用的仪器是4米口径的布兰科望远镜，而望远镜后端连接着一台特别研制的对红外线敏感的相机。
这个巡天项目会找到大量的超新星。每一次恒星爆发的视亮度都会告诉我们它们在多久以前爆发。当星光穿行时，它的波长会由于空间的膨胀而被拉伸，或者说发生红移。把这两者放在一块儿，我们就能描绘宇宙膨胀的历史。
这一巡天项目也能描绘出一幅错综复杂的星图，标记出了数以亿计的星系的方位与距离。在宇宙婴儿期飘荡开的声波给巨大的超星系团设定了某种特征尺度。通过测量超星系团的尺度，我们可以获得一种新的观测宇宙膨胀历史的方法（见图7.1）。
这幅星图也会揭示小尺度上的黑暗效应。暗能量会将星系聚集到一起形成星团。这个巡天项目团队可以直接数出星系团的数目，还会通过引力透镜追踪它们的成长。引力透镜效应是指遥远的宇宙学天体发出的光在经过星系团时发生的弯折现象（详见第2章）。由于我们对星系团成长阶段探测获得的尺度处于某种中间尺度，引力在这个尺度上可能会改变其性质，因此对星系团的观测可以揭示引力的修正形式。所有这些测量的结果都可以告诉我们，暗能量是如何随时间而变化的。
超大领域
DES只是一群暗能量猎手中的领头人。大型综合巡天望远镜（Large Synoptic Survey Telescope）是一项美国主导的项目，计划的启动时间为2021年。其他的巨型项目包括欧洲主导的、位于智利的极大望远镜（Extremely Large Telescope），大约会在同时投入运行，与此同时，还有平方千米阵（Square Kilometre Array）：这是一个位于澳大利亚和南非的巨大宇宙射电信号接收器，它将通过氢气气体云的射电辐射追踪宇宙结构。在2020年，ESA计划执行一项名为“欧几里得”的暗能量搜索空间任务，它将追踪宇宙更早期的引力透镜效应和星系成团过程。NASA的大视场红外巡天望远镜（Wide-Field Infrared Survey Telescope）会在几年之后跟随先行者的脚步。
这场太空追逐令人热血沸腾，但是“猎物”可能还是会溜走。如果我们发现暗能量在不同的时间内近乎保持常数密度，那么似乎会支持宇宙学常数项的合理性，但是这还不能完全排除一些精质（quintessence）场，因为它们可能由于凑巧而拥有近似常数的密度。因此，一些物理学家在地球上布下了捕捉暗能量的陷阱。如果你引入一种新的场或者粒子来解释暗能量，那么它也会表现为某种新的力的载子，这种力会区别于引力、电磁力或核力。但是我们在太阳系中看不到可以影响行星轨道的力。许多理论物理学家通过增加某种屏蔽效应来解释这个问题，应用这种方法，在太阳系附近这种物质相对较为浓密的区域，第五种力的强度会被削弱。
一团量子波
英国诺丁汉大学的克莱尔·伯雷奇（Clare Burrage）意识到我们可以在实验室里搜索这种效应。她和同事们计划利用的是一团呈玻色–爱因斯坦凝聚态的超冷原子云，它是在一起振荡的大团量子波。一些特定形式的暗能量会稍微降低这种振荡的频率。这个团队计划将这一凝聚团块一分为二，并在其中一半的附近安置一个致密物体。如果这一物体将暗能量屏蔽，两个团块中的量子波就不再同步，而再度聚首时，它们就会发生干涉。美国加州大学伯克利分校的保罗·汉密尔顿（Paul Hamilton）的研究团队已经完成了这个实验的一种版本，结果是，没有观察到屏蔽暗能量的任何效应。
在美国西雅图的华盛顿大学进行的埃特–沃实（E?t-Wash）扭摆实验探索的是另一种形式的宇宙斥力。一种理论指出，宇宙中存在一些额外的空间维度，尺度小于1毫米，它们可能是暗能量的所在。反过来，这也会增强引力在这个尺度上的强度。对称子是一种具有屏蔽效应的精质，它就可以产生一种类似的小尺度额外力——这是一种微小的变化，而埃特–沃实扭摆实验应该就可以探测到这一效应。
与此同时，在2016年，美国普林斯顿大学的迈克尔·罗马利斯（Michael Romalis）和新罕布什尔州汉诺威镇达特茅斯学院的罗伯特·考德威尔（Robert Caldwell）指出，如果普通光子或者电子可以感受到暗能量，即使这个效应特别微弱，地球的磁场也应该会产生一种微小的静电荷。这个效应也许观测起来并不困难，当然了，任何设计用来探测它的仪器都必须得十分精密才行。
很少有人会相信这场暗能量的追逐会很快结束。在被困扰20年之后，我们对于暗能量的身份之谜依旧一筹莫展。但是从好的一面来看，我们已经有了一些它可能的藏身之所的线索。
