文／郭詠澧

「暗能量」是宇宙學中一個非常重要且神秘的概念，暗能量（dark energy）這一術語源自於1930年代提出的暗物質概念。1998年，美國理論宇宙學家麥可·特納發表論文：定義宇宙中看不到的能量稱為暗能量；提出暗能量占宇宙總質能（質量能量）的主導地位，在可觀測宇宙中，暗能量占比達到68%，暗物質與可見物質分別占26%和5%。

神祕能量 未解之謎



暗能量是如何被發現的？

天文學家於1998年觀測超新星的光時，意外發現宇宙膨脹速度，沒有因為物質與能量引力作用導致減緩，相反地，發現宇宙正在加速膨脹；因此科學家了解到宇宙除暗物質之外，還存在「看不見的能量」，是一種基於觀測推論出來的「暗能量」。

此後又有多個獨立研究相繼確認加速膨脹現象，共同支持暗能量的存在。例如，宇宙微波背景輻射（CMB）的觀測為宇宙加速膨脹提供了有力證據。CMB是宇宙大爆炸後約38萬年時所釋放出來的電磁輻射，它包含宇宙早期狀態的訊息，通過CMB温度升降特徵的精確測量，科學家推算出宇宙組成的成分與演化過程，進一步支持了宇宙加速膨脹的結論。這些觀測宇宙加速膨脹的證據，在2011年得到諾貝爾物理獎的肯定。

低密負壓

占比極大



暗能量具有什麼性質？可歸類以下幾點：

暗能量具有極低密度，僅有7×10–30克/立方公分，遠低於星系可見物質或暗物質的密度。暗能量的量比暗物質還要更多，因為宇宙體積龐大，暗能量密度雖小但總量非常可觀。暗能量壓力強度是負的，這與常見物質如氣體、液體、固體的正壓強度不同。負壓強度意味暗能量像一種「排斥力」推動宇宙加速膨脹。

暗能量在宇宙中是均勻分布的，它不像普通物質因引力聚集成星系、恆星等結構，而是瀰漫在整個宇宙中；由於在宇宙均勻分布的特性，暗能量在宇宙的質量-能量構成占比極大，使暗能量在大尺度上對宇宙膨脹產生持續影響，減緩宇宙大尺度結構的形成速率。

暗能量不與電磁力發生相互作用，無法透過傳統電磁觀測法（光學望遠鏡或射電望遠鏡）直接探測，也無法像暗物質透過引力透鏡效應間接方式被探測到；暗能量的「隱身」特性成為宇宙學最為神祕的成分之一。

研究暗能量具有什麼意義？有什麼重要性？

天文學家認為暗能量的存在決定宇宙未來演化方向。若暗能量持續主導，宇宙可能走向「大撕裂」；若暗物質與暗能量存在反饋機制，宇宙或許進入「動態的平衡」；如果暗能量一直保持目前的狀態，宇宙將繼續加速膨脹，星系間的距離愈來愈遠，最終可能導致宇宙進入一個寒冷、稀薄的狀態。暗能量的研究有助於我們更好地理解宇宙的終極命運。

物理學家認為暗能量的存在對現有物理學基礎理論提出了巨大挑戰。在粒子物理學標準模型中，並無包含暗能量，故無法完整描述自然規律。在探討暗能量本質及尋求暗能量如何與引力作用的解釋，科學家認知物理學基本理論需修正或拓展，可能需引入「第五種力」或修正時空幾何理論。暗能量的研究推動了粒子物理、天體物理、量子引力等領域的融合，催生出新理論架構。

暗能量是宇宙學中極具挑戰性的研究領域，未來將依賴更精密儀器（新一代大型望遠鏡如詹姆斯韋伯太空望遠鏡與更精確宇宙微波背景輻射探測器）及更深刻的數學分析，甚至有可能產生顛覆性理論。愛因斯坦曾言：「想像力比知識更重要」，對這個「隱形巨人」的探索，正是拓展人類認知的邊界，重塑對宇宙本質的理解。