一、探索宇宙暗能量本质与强度的新进展
1．研究宇宙暗能量本质的新信息。
⑴通过测量宇宙膨胀率揭示暗能量本质。2014年4月8日，英国《每日邮报》报道，参与重子振荡光谱巡天项目组(BOSS)的天文学家，通过对14万颗遥远的类星体的位置，以及星系间氢气的分布，进行观测和分析，测量出宇宙年龄为现在1/4时的膨胀率。这是迄今为止对宇宙膨胀进行的最精确的测量，将有助于科学家们进一步厘清暗能量的属性。
据报道，该项目组研究的主要目的，是使用类星体来探测星系际的氢气分布，从而获得年轻宇宙的结构以及暗能量的作用。参与研究的科学家解释说，来自遥远类星体的光穿过星系间氢气时，氢气团会吸收类星体光谱上对应中性氢特征波长的位置上的光，气体团的密度越高，吸收的光也越多。随着宇宙不断膨胀，类星体发出光的波长被不断拉伸(红移)。随后，这种光遇到的每个气体团，会在不同的相对波长处留下吸收印记，最终，类星体光谱上就包含了其发出的光遇到的所有气体团的印记。
研究人员表示：“就像年轮揭示了树木的年龄一样，类星体的光谱也记录着宇宙的历史。我们可通过类星体光谱，测量出光穿过每个氢气团后，宇宙膨胀了多少。结果表明，108亿年前的宇宙膨胀率，为每4400万年膨胀1%，精确度为2.2%。”
另据物理学家组织网报道，最新结果结合了两种不同的分析技术。第一种技术由劳伦斯伯克利国家实验室的物理学家安德鲁·里贝拉领导的研究团队提出，主要是比较类星体和氢气的分布；第二种方法由瑞士洛桑联邦理工学院的提姆思·德鲁巴克领导的研究团队完成，该方法通过研究氢气本身的分布模式，来测量年轻宇宙中的物质分布。
里贝拉说：“最新结果意味着，在宇宙诞生30亿年左右，我们会看到，随着宇宙的膨胀，一对相距一百万光年的星系正以68公里/秒的速度背离对方。”
研究人员说，测量宇宙各个时期的膨胀率是探索暗能量本质的关键。科学界一致认为，正是暗能量使宇宙在过去60亿年中不断加速膨胀。
⑵认为质子和电子的质量可为解释暗能量本质提供帮助。2015年3月，荷兰阿姆斯特丹自由大学，与澳大利亚斯威本科技大学4位科学家组成的一个国际研究小组，在《物理评论快报》上发表论文称，他们根据欧洲南部天文台甚大望远镜的数据分析，发现经过120多亿年的时间，质子和电子的质量并没有出现可测量的变化。研究人员认为，这一研究结果，有望为解释暗能量本质提供帮助。
一些理论认为，暗能量这种神秘的力量会导致宇宙不断膨胀，并且随着时间的推移会逐渐发生演变。当暗能量与光反应时，会对作用域的时间产生影响，此时作用域的能量产生跃迁，根据爱因斯坦相对论，作用域内的物质质量会有减少。由于宇宙空间不断发生的中和反应，作用域内的物质质量不断减小致使物质的引力减小，出现宇宙膨胀。
如果真是这样，可能意味着我们所习以为常的很多常量，如重力、光速等常数也会随着时间而改变。在新的研究中，研究人员试图对这一假设进行验证，看看经过上百亿年的时间，质子或电子这两种基本常数的质量是否发生了变化。
为此，研究人员观察了一个遥远的位于银河系后面的类星体。这种类星体多少也有些神秘，一直让天文学家感到困惑不解。它们距离地球至少100亿光年，是迄今为止人类所观测到的最遥远、最明亮的天体，能发射出比星系能量高千倍以上的光和射电，这种超常亮度使其在100亿光年以外就能被观测到。但与其巨大的能量不相匹配的是，类星体却不可思议地小，与直径大约为10万光年的星系相比，类星体的直径大约为1光天。天文学家认为，这有可能是物质被牵引到星系中心的超大质量黑洞中，导致大量能量释放所致。
研究人员发现银河系中的氢分子会吸收一些来自类星体的光线，这允许他们测量出这个过程中所发生的能量跃迁，以及质子和电子质量的比率。由于该星系先前已经被追溯到124亿年前，由其发出的光应该比这个时间更久。研究人员的测量显示，经过120亿年，它们的质量并没有偏离(在10的负6次方精度范围内)目前我们所使用的常数。因此，研究人员声称，如果暗能量是不断发展的，如此长的时间里它们不会不发生变化。
2．探索宇宙暗能量强度的新信息。
⑴运用氢强度映射实验镜计算暗能量强度。2015年8月，有关媒体报道，加拿大温哥华不列颠哥伦比亚大学实验宇宙学家马克·哈尔彭、多伦多大学实验宇宙学家基思·范德林德共同领导，滑铁卢市理论物理周边研究所天体物理学家肯德里克·史密斯为骨干的一个研究团队，正在利用加拿大氢强度映射实验镜，探测宇宙的“少年”时期，并试图用它计算出暗能量的强度。
典型的射电望远镜都是“圆盘子”，但加拿大氢强度映射实验镜，却由4个100米长的半圆柱形天线构成。该天文设备位于不列颠哥伦比亚省彭蒂克顿附近。
从2016年开始，该天文设备的半管状天线，将开始探测由遥远星系的氢释放的无线电波。哈尔彭表示，这些观测将成为对100亿年前至80亿年前之间宇宙膨胀率的首个测量，这一时期的宇宙“恰好从一个小孩变成了成人”。
研究表明，从宇宙大爆炸到距今138亿年前，宇宙膨胀的速度一直很慢。哈尔彭说，但是在宇宙“青春期”的某个地方，最终将宇宙缓慢膨胀变为今天观测到的加速膨胀的暗能量，开始逐渐被感受到。
然而迄今为止，这一时间的窗口已经关闭。宇宙学家测量宇宙过去的膨胀率，通常都是利用一些古老的天体，例如超新星爆发以及星系间的空洞，它们距离地球是如此之远，以至于光线现在才抵达地球。在过去几十年中，这些天体揭示了在过去超过60亿年的时间里，宇宙一直在加速膨胀。而对类星体的研究则显示，直到距今100亿年前，宇宙的膨胀依然很慢。
但是，宇宙学家一直难以测量在此期间的宇宙膨胀率，从而留下了一个悬而未决的问题，即暗能量排斥力的强度，是否随着时间流逝而改变。
史密斯说，设计氢强度映射实验镜的目的，正是为了填补这一空白。他将负责氢强度映射实验镜数据的分析工作。半管状天线将使得氢强度映射实验镜，能够接收到沿着一个狭长的直线区域来自任何地方、任何指定时间的无线电波。史密斯说：“随着地球的自转，这一直线形状将扫过整个天空。”
为了搞清一些单独的信号来自何方，一台定制的超级计算机将使用新技术，可在每秒钟处理近1太字节的数据。研究人员同时还将使用最初为移动电话研制的信号放大器。范德林德表示，如果没有这些强大的电子元器件，氢强度映射实验镜的成本将非常高昂
这里的超级计算机，将特别关注波长代表110亿年前到70亿年前的无线电波，这些无线电波是由星际空间中的氢释放的。研究人员随后将尝试去掉来自银河系及地球的具有相同波长的“无线电噪声”。
范德林德指出，氢强度映射实验镜并不能用这种方法区分个别星系，将有成百上千个星系共同出现。这将让研究人员能够绘制星系团之间空洞的膨胀率，从而最终计算出这一时期的暗能量强度。
在物理宇宙学中，暗能量是一种充溢空间的、增加宇宙膨胀速度的难以察觉的能量形式。暗能量假说，是当今对宇宙加速膨胀的观测结果的解释中，最为流行的一种。
⑵测量表明宇宙膨胀速度与暗能量强度成正比。2016年4月6日，美国约翰·霍普金斯大学天体物理学家亚当·里斯领导的一个研究团队，在数学文献库网络版上发表论文称，他们近日对于宇宙膨胀速度进行最精确测量，得到一个同宇宙大爆炸后的辐射测量值不相符的结果。它可能意味着，暗能量的强度与宇宙膨胀速度成正比关系，它自宇宙形成之初便一直在增长。
暗能量，是一种被认为对观测到的宇宙膨胀加速发挥着作用的未知能量。里斯表示：“我认为在标准宇宙论模型中，有一些是我们尚未搞清的。”里斯曾于1998年发现了暗能量的迹象。
没有参与该项研究的加利福尼亚大学尔湾分校宇宙学家柯伏克·阿巴扎居安认为，这项研究成果“具有改变宇宙论的潜力”。
在公认的宇宙论模型中，宇宙的进化主要通过暗物质与暗能量之间的竞争作用。暗物质的引力倾向于减缓宇宙膨胀，而暗能量则在相反的方向推动并使宇宙加速膨胀。由里斯和其他科学家进行的早期观测认为，暗能量的强度在宇宙的整个历史中都是恒定的。
许多科学家认为，暗物质和暗能量的相对贡献来自于宇宙大爆炸后遗留的辐射，被称为宇宙微波背景辐射。对于它的最详尽研究，是由欧洲空间局的普朗克天文台于近几年完成的，其从本质上看是年轻宇宙在约40万年时的一幅肖像。基于普朗克天文台的测量，宇宙学家得以预测年轻宇宙将如何进化，包括在历史的任意时间节点上膨胀得有多快。
多年来，这些预测，同针对当前宇宙膨胀速度的直接测量结果(被称为哈勃常数)，都不一致。然而迄今为止，这一常数的误差范围大到足以忽略这种不一致。
通过观测附近星系，以多快的速度远离银河系，利用被称为“标准烛光”的已知恒星固有亮度，科学家计算出了哈勃常数。
在这项最新研究中，该研究团队利用哈勃空间望远镜数百小时的观测时间，研究了来自18个星系的两种标准烛光。里斯说：“我们在这方面非常成功。”
研究人员在论文中指出，他们测量的常数的不确定性为2.4%，低于之前3.3%的最好结果。里斯表示，他们发现宇宙膨胀速度大约比基于普朗克数据的预测值快了8%。
里斯说，如果新测量的哈勃常数和由普朗克团队早期测量的结果都是准确的，那么标准模型就需要进行一些修改。一种可能性是构成暗物质的基本粒子具有不同于当前理论的属性，这将影响早期宇宙的进化。另一种选择是暗能量强度并非亘古不变的，而是在最近随着宇宙膨胀速度加快而变得越来越强。
法国巴黎天体物理学研究所普朗克研究人员弗朗索瓦·布歇表示，他怀疑问题出在他的研究团队的测量结果，但无论结果是什么，新的发现都“令人兴奋”。
2001年，主持对哈勃常数第一次精密测量的芝加哥大学天文学家温迪·弗里德曼认为，另一种可能性是标准烛光自身在精密测量时就是不可靠的。弗里德曼与她的团队正在研究基于一种不同类型恒星的替代方法。
宇宙大爆炸理论认为，宇宙是由一个致密炽热的奇点，在初始的一次大爆炸后膨胀形成的。作为现代宇宙学中最有影响的一种学说，它的主要观点是认为宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系在暗能量的推动下不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化，如同一次规模巨大的爆炸。
二、探索暗能量与宇宙膨胀关系的新进展
（一）认为暗能量直接加速宇宙膨胀
1．获得与暗能量加速宇宙膨胀理论一致的观测结果。
通过观测星系移动速度证明暗能量加速宇宙膨胀。2008年1月30日，意大利布雷西亚天文台古佐领导的，一个由51名天文学家组成的国际研究团队，在《自然》杂志发表研究报告指出，他们正在解开宇宙一大谜团：为何宇宙大爆炸引发的宇宙膨胀仍在持续加速，是否由于暗能量在其中发生作用。同时指出，找到这个问题答案，可能已指日可待。
10年前，天文学家惊讶地发现，宇宙正在以比过去更快的速度进行扩张。而长期以来，科学家一直假定，星系透过引力相互吸引，将减缓140亿年前宇宙大爆炸引发的宇宙扩张。 现在，有两种截然不同的理论，可解释这项惊人发现。
第一种理论认为，宇宙充满了所谓的“暗能量”，这是一种推断出来，但从未被直接观测到的物质。暗能量不能被现有技术观测到的原因是，它既不会发射光线，也不会反射光线或辐射线。该理论认为，暗能量抵消了星系施加于彼此的相互引力，否则引力会牵制宇宙的膨胀。
第二种理论认为，暗能量并不存在。如果这个理论属实，目前有关引力是宇宙主要驱动力的理论就存在缺陷，除非太空还存在另一维空间，这种理论才有意义。
但到目前为止，这两种理论都还没有获得足够观测材料的有力支持。现在，意大利研究团队宣称，一种新的方法也许可以解开这个谜团。
他们利用欧洲航天局的超大望远镜，测量了过去30年里约1万个星系的分布与活动情况。他们的观测目的，是要评估宇宙间星系相互角力当中推动星系相互远离，造成宇宙整体膨胀的强大力量，以及让它们互相吸引的引力。
通过间接测量星系移动的速度，科学家得以绘制出正在扩张中的宇宙3D图像，该图也能提供星系之内的自身活动信息。
研究人员称，测量宇宙史不同时代的“扭曲”情况，是测试暗能量性质的一种方法。开展此类研究的重要工具，则是架设在智利塞罗－帕拉纳山巅的记录X光的大型摄谱仪。
研究人员已对数千个星系进行了扫描。观测结果虽然还不是结论性的，但与暗能量扩张加速宇宙扩大的理论相一致。接下来，研究人员将把观测范围扩大10倍。研究人员表示，这种方法应该可以告诉我们，宇宙加速膨胀是否源自于包含外来物质的暗能量，抑或需要修改万有引力定律。
2．研究暗能量加速宇宙膨胀可能带来的后果。
⑴暗能量不断加快宇宙膨胀速度或可导致宇宙崩塌。2015年4月，美国媒体报道，近日，一个新提出的量子场能够解释宇宙不断加速的扩张，但同时会导致宇宙在一场灾难性的崩塌中灭亡。
1998年，天文学家发现，过去数十亿年间宇宙一直在以不断加快的速度膨胀。他们将对此负责的神秘物质称为“暗能量”，并且自此以后一直试图确认这种暗能量。
最简单的解释是粒子充满了宇宙的每个角落，并且携带着加速宇宙扩张所需的能量。不过，这种真空能量并不是灵丹妙药。根据爱因斯坦的广义相对论，像物质一样，能量也会引发空间的弯曲。计算表明，这种真空能量非常强大，以至于本身就能使宇宙弯曲，除非它跨越的距离小于地球到月球之间的距离并且明显变大。
为解决这个矛盾，美国加州大学戴维斯分校马尼亚·嘉洛珀，与英国诺丁汉大学安东尼奥·帕迪拉等人组成的研究小组，试图通过在尽可能大的尺度即整个时空维度上，修正广义相对论方程，抵消由量子不稳定引起的弯曲。去年，他们发现了一种可实现的方法，能抵消几乎所有真空能量，只留下足够解释人们所观察到的宇宙膨胀加速的部分真空能量。不过，这种方法要求时空是有限的，而这意味着宇宙扩张最终必须停止并且逆转，导致在宇宙崩塌时时间结束。
如今，研究人员提出一个引发这种崩塌的因素：一个遍布宇宙的新量子场。该量子场的能量会随着时间慢慢减小，最终变成负数并且引发宇宙收缩。不过，在收缩开始前，该量子场会引发宇宙最初的扩张加速，就像现在正在进行的一样。帕迪拉说：“看上去暗能量是世界末日的前兆。”
⑵暗能量不会在短期内导致宇宙膨胀而撕裂。2016年2月，国外媒体报道，葡萄牙里斯本大学赛兹·戈麦斯领导的研究团队，通过建立模型计算得出结论，认为人类目前在宇宙空间中是安全的。暗能量促使宇宙膨胀的方式，决定了宇宙在至少几十亿年内不会将自己撕裂。
对于如今才知晓这种结局可能发生的人们来说，这里有一些背景知识。对恒星和星系的观测表明，宇宙正在膨胀，而且速度越来越快。假设加速度保持恒定，最终恒星将消亡，一切物体会四分五裂，宇宙也将冷却进入永久的“热寂”状态。
不过，这并非唯一的可能性。宇宙膨胀加速度的原因，被认为是弥漫在整个宇宙中的神秘物质暗能量。如果暗能量的总和在增加，加速度也将增加，最终达到时空结构将自身撕裂同时宇宙消失的状态。
一种预测认为，这种假定的“大撕裂”情景，将在220亿年后上演。不过，它是否会更早地发生？葡萄牙研究团队建立了多种情景的模型，并且利用最新膨胀数据，计算了可能的时间线。数据涉及附近的星系、超新星和以被称为重子声学振荡的物质密度存在的涟漪。而所有这些都被用于衡量暗能量。
该研究团队发现，大撕裂可能发生的最早时间，是从现在起的约28亿年以后。戈麦斯表示：“我们是安全的。”当问到最晚会在何时发生？他说：“上界是无穷的。”这意味着，暗能量加速宇宙膨胀而导致宇宙撕裂的可能永远不会发生。另外，考虑到太阳至少在50亿年内不会燃尽，如果宇宙如此早地终结，也着实令人惊奇。
（二）认为直接加速宇宙膨胀的是量子真空能
用暗能量候选者量子真空能解释宇宙加速膨胀。
2017年5月，加拿大不列颠哥伦比亚大学物理学和天文学教授威廉•盎鲁，与他的学生王清涤、朱震等人组成的一个研究团队，在《物理评论D》发表论文，试图解决量子力学和爱因斯坦的广义相对论之间的不兼容性，并以此解释宇宙学常数问题和暗能量疑难之处。这项成果并被选为编辑推荐文章。该期刊审稿人认为，文章“提出了解决宇宙常数问题的新方法”，包含“具有重要影响力的原创思想”。
新研究推断，如果放大人们生活的宇宙空间，将看到时空不断剧烈地膨胀和收缩。王清涤博士说：“时空并不像看上去那样是静止的，它在不停地运动。”
1998年，天文学家发现宇宙正在加速膨胀，这说明宇宙真空并非空无一物，其中存在着驱动宇宙膨胀的动力，也就是占整个宇宙68.3%的物质暗能量。
暗能量最自然的候选者，就是物质场的真空能。当物理学家将量子力学应用于真空能的计算时，发现了令人难以置信的高密度真空能。而爱因斯坦的广义相对论表明，如此巨大的能量会导致很强的引力效应，多数物理学家认为它将导致整个宇宙以无法想象的速度膨胀。
然而，现在的宇宙膨胀的速度非常慢，比物理学家预言的小了50到120个数量级。这造成了基础物理学的重大难题：这个结合了现代物理学两大基石：量子力学和广义相对论而做出的预言，竟然比实际观测值小10120倍。这被弦理论创始人之一、斯坦福大学教授李奥纳特•苏士侃称为：“有史以来物理学中最糟糕的预言”。菲尔兹奖得主、普林斯顿高等研究院教授爱德华•威滕认为，这个问题是“阻碍基础物理学进步的最大障碍之一”。诺贝尔物理学奖得主史蒂文•温伯格认为，这是基础物理学的一个真正的危机。
物理学家做出了很多努力，要么设法修改量子力学理论以尽可能减少真空能的数值，要么修改广义相对论使巨大的真空能不产生引力效应。盎鲁研究团队则提出了一种全新的解决方案。他们严肃对待量子力学预测的巨大真空能，并认为它的确遵循广义相对论的等效原理。在研究中，他们发现此前的计算忽略了一些真空能的重要性质。
一旦这些被忽略的重要性质被考虑到，量子真空的引力效应，将与此前人们认为的非常不同。这种差异的结果是尽管真空能非常巨大，但整体看，宇宙仍然会以极小的哈勃常数加速膨胀，而并非以前预言的巨大速率。研究结果表明，正是巨大的量子真空能驱动了宇宙加速膨胀，人们不需要引入宇宙学常数(为了符合观测，这一常数需要被精确到小数点后120位)，也没有必要引入其他具有负压强的暗能量解释宇宙加速膨胀。
他们的计算，提供了一种全然不同的宇宙物理图景。在这个新图景中，人们所在的时空是在时刻剧烈变化的。时空的每一点都在剧烈地膨胀和收缩着。而宏观地看，这种膨胀和收缩几乎可以完全互相抵消，仅剩一个极微弱的净效应驱动宇宙缓慢加速膨胀。
但如果时空是不断震荡的，为什么人们感觉不到呢？王清涤说：“这种波动发生在极其微小的尺度，甚至比一个电子还小万万亿倍。”
盎鲁说：“就像我们看到的海浪。虽然构成大海的每个原子都在高速运动着，但这并不影响海浪的传播。”
