宇宙模型
在目前物理學和天文學研究的前沿領域，引力波、暗物質、暗能量、中微子是最重要的研究方向。在研究宇宙的過程中，天文學家是利用模型思想來做研究的。研究宇宙整體演化的模型被稱為標準宇宙模型。這個模型從最早的托勒密完善的地心說模型，再到哥白尼完善的日心說模型；
再到愛因斯坦提出的“有限無邊靜態宇宙”模型；乃至後來逐漸發展起來的膨脹宇宙模型，再到大爆炸模型。
最終到如今以大爆炸模型為基礎的Λ-DCM模型。在這個最新的宇宙模型當中，DCM代表的是暗物質，而Λ是希臘字母，小寫表示方法是λ，讀音是“拉姆達”，代表的是宇宙膨脹的速率變化程度，它其實就和暗能量有關係。那暗能量到底是什麼？在哪裡？有什麼用？
今天，我們就來聊一聊這個話題。
宇宙學常數Λ的前世
話說，在1666年，當時正值倫敦爆發瘟疫，牛頓躲到了自己的鄉下老家，專心研究學術，這一年也被稱為牛頓奇蹟年。在這一年，牛頓發明了微積分，他當時管這個叫做流數；同時完成了光學研究的實驗解析部分，給後來萬有引力定律的工作奠定了基礎。
到了1687年，牛頓正式發表了著作《自然哲學的數學原理》。在這本書中，牛頓詳細闡述了萬有引力定律，他認為萬物之間都存在著彼此吸引力的力，一種超距作用。通過萬有引力定律，牛頓統一了天上和地上的物理學規律。但是，關於“萬有引力是一種超距”這個問題上，其實並沒有解釋得很清楚，一直以來都有很多的學者在思考萬有引力的本質到底是什麼？
到了1905年，科學界又迎來另一個奇蹟年，被稱為愛因斯坦奇蹟年。在這一年，愛因斯坦發表了四篇具有開創性的論文，其中就包括大名鼎鼎的狹義相對論。
在狹義相對論中，愛因斯坦統一了時間和空間，他認為不應該把時間和空間分開來看，而應該合併起來看，將其並稱為時空，我們所生活的世界就是一個四維時空。 狹義相對論其實針對的是慣性參考系，我們可以理解成是針對平直時空的運動學規律。
那彎曲的時空又是什麼樣子的呢？
從1905年到1915年，愛因斯坦就一直在潛心研究這問題，最終他提出了廣義相對論。在廣義相對論中，愛因斯坦提出了一個著名的“等效原理”，他認為，重力場和（適當）加速運動的參考可以相互等價，這裡的加速運動的參考系可以理解成彎曲的時空。通過這個方式，愛因斯坦統一了重力場和加速運動。
於是，很容易得出這樣一個結論，那就是引力的本質其實就是彎曲的時空。
舉個最簡單的例子，月球之所以繞著地球轉，實際上就是因為地球壓彎了時空，月球只是沿著時空的測地線在運動而已。
關於廣義相對論，愛因斯坦給出了一個著名的廣義相對論重力場方程，但是當他仔細琢磨這個方程時，他就很納悶，這個方程預示著宇宙正在膨脹。但是愛因斯坦本人一直持有的觀點是宇宙是靜態的。於是，他在方程當中加入了宇宙學常數Λ，把膨脹的效應抵消掉，並提出了他構想的宇宙模型：
有限無邊靜態宇宙模型。
但是愛因斯坦很快迎來了雙重打臉。首先出手的是一個叫做勒梅特的神父，當然，他其實還是一個物理學家。他在研究愛因斯坦這個方程時，就發現愛因斯坦夾帶的“私貨”。於是，他就提出了異議，他認為宇宙就是應該膨脹的。
緊接著，天文學家哈勃通過觀測再度打臉愛因斯坦。具體來說是這樣的，哈勃在觀測銀河系外的星系時，發現大多數的星系都在發生紅移。所謂紅移說明了星系在離我們遠去，後來經過更加細緻的研究，科學家證實了宇宙正在膨脹。
按照哈勃的發現，宇宙學常數Λ應該從愛因斯坦的場方程中去掉。所以，哈勃的發現幾乎給宇宙學常數Λ判了死刑。
據說，連愛因斯坦曾對此懊悔不已，他認為給廣義相對論添加宇宙學常數Λ是他一生中最大的錯誤。
宇宙學常數Λ的今生
可能愛因斯坦做夢都想不到，宇宙學常數Λ未來竟然還會起死回生，事情還能迎來反轉，他添加的這個宇宙學常數Λ，真的是瞎貓碰上了死耗子。在哈勃發表了自己的觀測結果，並提出了大名鼎鼎的哈勃定律之後。
勒梅特提出了不同的看法
，他認為宇宙學常數Λ未必會等於0，也就是說，宇宙學常數Λ未必應該去除掉。他是這麼思考的，如果我們向上拋一個小球，這個小球會減速運動，當到達最高處時，速度會變成0，接近著開始加速下落。我們知道，宇宙中的物質之間是呈現引力的，也就是說，它們在彼此吸引。所以，宇宙膨脹的過程中，實際上受到了引力的作用，宇宙應該是減速膨脹的。但這都是在假設宇宙中只存在引力的情況，但宇宙真的存在引力嗎？這目前我們還不知道，因此，宇宙學常數Λ是一個很好的調節器，可以調節宇宙膨脹的速率。但是勒梅特的研究在當時並沒有引起太多的關注。
後來，科學家在計算宇宙的總質量時，就發現宇宙的總質量竟然是一個負值。後來，科學家們檢查了一遍計算的過程，發現並沒有什麼錯誤。於是，科學家就猜測是不是存在著人類觀測不到的物質？
後來，有兩個獨立觀測的科學團隊，他們發表了Ia型超新星的觀測數據，觀測數據表面宇宙正在加速膨脹。隨後，這個觀測結果也被其他團隊所證實。2011年，兩個小組的負責人獲得了諾貝爾物理學獎。
宇宙加速膨脹的結果也預示著，宇宙中存在著一種力，這個力的屬性恰好和引力是相反的，也就是斥力。而提供這個斥力的就被科學家稱為暗能量。
愛因斯坦的宇宙學常數Λ正如勒梅特預言的那樣，需要重新引入到廣義相對論的場方程當中，用來描述宇宙的加速膨脹，只不過這時的取值和愛因斯坦的取值是不一樣的。
暗能量
科學家進一步研究發現，暗能量實際上和空間自身的尺度有關，也就是說，宇宙的尺度越大，暗能量就會越大。而宇宙中還存在著可見物質和暗物質，它們所提供的其實是引力。因此，宇宙的膨脹實際上是引力和斥力相互博弈的結果，或者我們可以說是暗物質、可見物質與暗能量博弈的結果。
在宇宙大爆炸之初，可見物質和暗物質的引力是宇宙的主導，宇宙是在減速膨脹；而到了距今45億年前，宇宙膨脹到如今宇宙大小的75%，暗能量提供的斥力佔據了主導，於是，宇宙開始加速膨脹。
如今，科學家已經可以通過宇宙微波背景輻射來計算暗能量、暗物質、可見物質的比例。其中暗能量佔據了接近75%，其餘的大部分都是暗物質，可見物質只有不到5%。 也就是說，由於暗物質也是無法直接進行觀測的，因此人類可以觀測的，僅僅是宇宙總物質量的不到5%。
暗能量的佔比說明了暗能量將在未來宇宙的演化過程中扮演極為重要的角色。我們目前所知道的是，暗能量和真空的尺度有關，它提供與引力相反的斥力。
然而暗能量到底是什麼？我們目前一無所知，在學術圈，暗能量的假說簡直遍地都是。可以說，暗能量是如今這個時代，科學界上空的一朵烏雲，它對宇宙的演化起到了決定性的作用，而我們對它卻一無所知。
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