暗能量是宇宙学中对一种未知成分的称呼，人们提出它是为了解释宇宙的加速膨胀。它的存在是根据天文观测推断出来的，而非通过实验室直接探测确认。在标准的Λ冷暗物质模型（ΛCDM）中，暗能量以宇宙学常数的形式出现，即与空间本身相关、均匀且恒定的能量密度。其他解释则涉及随时间演化的场，或对引力理论的修改。仅凭宇宙加速膨胀的观测证据，并不能确定哪一种解释是正确的。(science.nasa.gov)
宇宙中的占比及其与暗物质的区别
在ΛCDM模型中，暗能量约占当今宇宙总质能的68%—70%。暗物质约占25%—27%，普通物质约占5%。这些比例是通过用宇宙学模型拟合观测数据推断出来的；它们既不是各成分占宇宙体积的比例，也不是贯穿宇宙历史始终不变的比例。(esa.int)
暗物质和暗能量的作用不同。暗物质在引力作用下聚集，有助于形成星系得以发育的结构。暗能量在最简单的表述中则始终在空间中均匀分布，并影响宇宙的大尺度膨胀。因此，“暗”指的是观测上尚未明确的事物，并不意味着两者是同一种物质或具有共同机制。(science.nasa.gov)
加速膨胀的发现
决定性证据出现在1998年，来自两个独立团队对遥远Ia型超新星的研究。利用其光变曲线的实测特征，可以对峰值光度进行标准化，从而让天文学家估算距离。将这些距离与红移相比较，便能重建宇宙的膨胀历史：遥远的超新星爆发比当时考虑的物质主导、减速膨胀模型所预期的更暗，因此距离也更远。(nobelprize.org)
超新星宇宙学计划和高红移超新星搜索团队由此得出结论：宇宙正在加速膨胀。索尔·珀尔马特、布赖恩·施密特和亚当·里斯因这一发现获得了2011年诺贝尔物理学奖。此后，采用独立方法进行的测量进一步强化了这一证据，降低了仅由某种尚未识别的超新星效应就能解释这些观测结果的可能性。(nobelprize.org)
压强与宇宙动力学
在相对论的组成部分——广义相对论中，能量密度和压强都会影响时空的演化。对于均匀、各向同性的宇宙，加速度方程可写为
[ \frac{\ddot a}{a}=-\frac{4\pi G}{3c^2}(\epsilon+3p), ]
其中，(a)为宇宙尺度因子，(G)为引力常数，(c)为光速，(\epsilon)为总能量密度，(p)为总压强。在这里，宇宙学常数作为一种有效流体计入。当(\epsilon+3p<0)时，宇宙会加速膨胀。因此，只要压强足够负，就能产生加速膨胀，而不需要能量密度为负。(arxiv.org)
一种成分的状态方程通常用(w=p/\epsilon)来表示。正宇宙学常数对应(w=-1)。随着空间膨胀，它的密度保持不变，而非相对论性物质的密度则按(a^{-3})减小。因此，物质在较早的宇宙时期占主导地位，暗能量的相对重要性则在后来逐渐上升。加速膨胀意味着(\ddot a>0)，但并不一定意味着哈勃参数(H=\dot a/a)随时间增大。(arxiv.org)
主要解释
最简单的解释是宇宙学常数，它在爱因斯坦场方程中以Λ表示。阿尔伯特·爱因斯坦于1917年构建静态宇宙模型时引入了这一常数。在现代宇宙学中，正的Λ则为加速膨胀提供了一种简洁的描述，无须引入独立演化的暗能量场。(arxiv.org)
另一种可能是精质，即一种假设中的、随时间演化的标量场。其动能与势能的相对大小决定了它的压强和密度，使(w)可以随时间变化。目前，尚未通过观测确认任何具体的精质场。另一类解释是修正引力理论：它们试图通过改变引力在宇宙尺度上的行为来解释加速膨胀，而不是添加新的能量成分。检验这些可能性，需要同时考察宇宙膨胀和结构增长。(science.nasa.gov)
观测检验与演化中的暗能量
不同观测对这一问题提供了互补的约束。重子声学振荡在星系分布中提供了一个经过标定的距离尺度。宇宙微波背景提供了关于早期宇宙状况及其几何性质的信息。弱引力透镜效应可用于测量物质分布及其演化。将这些观测与超新星距离结合起来，有助于区分暗能量的行为与其他宇宙学参数的影响。(pdg.lbl.gov)
2025年3月19日，暗能量光谱仪合作团队公布了前三年观测的结果。单独使用DESI的测量数据，结果仍与ΛCDM模型一致；但与其他数据集结合后，相比宇宙学常数，结果更倾向于支持随时间变化的暗能量模型。根据所组合的数据集不同，这种偏好的显著性介于2.8至4.2个标准差之间。这些结果只是迹象，而非确凿的发现：其解释依赖于统计假设、所选的参数化方式以及可能存在的系统误差。(newscenter.lbl.gov)
真空能与未解问题
宇宙学常数可以解释为真空能。在量子场论中，场即使处于最低能量状态，也可能贡献能量。然而，已知的能量贡献和直接的理论估算，并不能自然地得出宇宙学观测所推断的极小数值。如何解释这一差异，就是宇宙学常数问题；目前并没有得到公认的计算结果来说明暗能量的起源。(arxiv.org)
另一个独立的“巧合问题”是：尽管物质密度与暗能量密度的演化方式不同，为什么它们在当前宇宙时期却处于相近的数量级？对宇宙长期未来的预测也取决于暗能量的根本解释：持续存在的正Λ会使宇宙走向越来越由真空能主导的膨胀，而随时间演化的暗能量则可能带来不同的未来。对已观测到的膨胀历史所进行的测量，并不能唯一确定暗能量在任意遥远未来的行为。(arxiv.org)