为什么要假设暗能量存在？

狂人逸文

人类在发现宇宙加速膨胀之后就假设了暗能量的存在，理由是如果没有暗能量宇宙会在引力作用下减速膨胀。

但我觉得不会啊，宇宙的膨胀是空间本身的膨胀，并不是物体相对于空间的运动。那完全有可能物体在引力的作用下在收缩，但空间膨胀得更快，所以宇宙还是在膨胀啊。

静静的读你

题主之所以会这么想是因为没有用广义相对论的思想思考问题。广义相对论的核心是爱因斯坦场方程：
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左侧是表征时空曲率的爱因斯坦张量，右侧是表征时空中物质的能-动量张量。也就是说，时空中物质的分布（和运动）会影响时空曲率。（当然，时空会反过来影响物质运动。）最经典的例子是所有描绘黑洞周围时空的图都长这样：



(Credit: String Theory: Defining a Black Hole - dummies)
那么既然可以理解黑洞会影响时空，为什么不能理解宇宙中的物质也会影响时空呢？
实际上，假设宇宙是均匀且各向同性的，解爱因斯坦场方程就会得到宇宙学的根基之一：Friedmann 方程组。其中，表示空间尺度大小的尺度因子（ ）随时间变化只有三种解：1）k = -1，开放宇宙，宇宙永远膨胀，不会塌缩；2）k = 1，闭合宇宙，宇宙将会逐渐缩小并塌缩回奇点；3）k = 0，介于两者之间的临界状态。k 取什么值取决于宇宙中的物质密度。



(Credit: Lecture Notes on General Relativity)
看图会发现，不管取什么样的解，宇宙一定是减速膨胀的。爱因斯坦由于不喜欢动态宇宙，所以非常不喜欢这组解。因此他把自己的场方程改了一笔：
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其中 就是爱因斯坦引以为耻的爱因斯坦常数。引入这一常数相当于给空间加上了一个凭空而来的斥力。平衡由物质引起的时空变化。
结果就是虽然爱因斯坦错了，宇宙是动态的，但是爱因斯坦常数被人们借来表示暗能量了。因为 带来的斥力和天文学家目前测量的暗能量性质拟合的很好。（但究竟还能持续多久我个人目前持怀疑态度。）
所以题主提到的：“没有暗能量宇宙会在引力作用下减速膨胀”是一种形象的说法。归根结底是广义相对论带来的时空与物质的联系。

dazidan

暗能量目前的确是一个假设，为什么会假设存在暗能量？暗物质又是什么？我之前写了两篇文章，供参考，内容较长，只附上链接了：
https://zhuanlan.zhihu.com/p/25030690
https://zhuanlan.zhihu.com/p/25052438

com98

　　人们假设，自大爆炸之后，宇宙持续膨胀，但膨胀的速度会不断放缓、直到某一刻彻底停滞，接着宇宙开始收缩，最后归于原点。
　　这一假设根据引力推算而来。因为引力的存在，星体之间会相互吸引拉扯，因而迟滞宇宙的膨胀。最后，膨胀的力小于引力，宇宙开始收缩。
　　但目前的观测结果是：宇宙正在加速膨胀。这是对现有认知的彻彻底底的颠覆。
　　人们只能再次假设：宇宙中还有我们未观测到的物质乃至物理定律，正是其促成了宇宙的加速膨胀。
　　我的老师是这么解释的，十一岁的我当时就理解了，至今都忘不了。那会我只有两个老师，什么课都是他俩教。我好敬爱他俩。

28587186

要学会理解广义相对论的基本思想：时空不能脱离物质单独存在，物质与时空是相互依存相互影响的，物质的收缩就是时空的收缩
不然，你以为“加速膨胀”是怎么发现的呢