几十年来，宇宙学家一直在思考暗能量的本质，暗能量是被提出的宇宙加速膨胀背后的反引力力。自 20 世纪 90 年代以来，天文学家观察到宇宙不仅在膨胀，而且还在加速膨胀。这非常奇怪，因为宇宙中所有“物质”的集体引力拉力本应最终逆转宇宙膨胀，或者至少减缓其速度。然而，就像一个轻轻抛向空中的球突然飞向天空一样，某种神秘的力量——前面提到的“暗能量”——正在以越来越快的速度将遥远的、充满星系的太空区域推离我们。目前已知的物理学尚未完全解释这种现象；它仍然是一个宇宙谜团，其真实的、尚未为人所知的本质将深刻地影响我们宇宙的最终命运。
然而，现在，一项新的理论研究（已投稿至《宇宙学和天体粒子物理学杂志》发表）表明，暗能量明显的反引力特性可能是引力最初在宇宙最基本的量子尺度上如何运作的自然而然、不可避免的结果。如果最终得到进一步宇宙学证据的证实，这个想法将代表在弥合物理学家两个最珍视的理论之间长期存在的鸿沟方面取得的重大突破：量子力学（描述粒子和场的微观世界）和广义相对论（描述行星、恒星和星系的宏观宇宙）。广义相对论认为，引力是时空（现实本身的结构）弯曲和扭曲的涌现特性，但该理论在量子尺度上失去了预测能力；相反，量子力学准确地纳入了所有其他已知的基本力，唯独引力除外，引力无法融入该理论。因此，许多物理学家怀疑，量子引力理论是统一这两种对立方法的唯一途径。
根据新论文的合著者丹尼尔·奥里蒂的说法，任何量子引力理论背后的核心思想是，引力产生于无数微小的、离散的量子物体，这些物体形成了一种隐藏的底层世界，一个比熟悉的空间和时间维度更深层次的子结构。“这些量子物体非常难以想象，”奥里蒂说，“本质上是空间本身的构建块。它们不存在于空间中，而是构成空间的物质本身。如果它们确实存在，它们的尺寸绝对微小，并且处于即使是最强大的显微镜也无法看到的微观尺度。”
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在这项研究中，奥里蒂和他的合著者庞贤凯（均在德国慕尼黑大学）首先专注于开发一种新的量子引力模型，试图更好地理解力在微观层面的特性。“一旦构建了我们的新模型，”奥里蒂说，“我们决定从我们建模宇宙的开端开始追踪它随时间的演变，看看在其膨胀演变过程中会发生什么。当我们看到一些非常类似于暗能量的东西时，我们绝对感到惊讶。该模型在对应于我们今天所处时间的阶段产生了宇宙膨胀的加速，这与当前的观测证据非常吻合。”
“这是一个非常优雅的结果，”宾夕法尼亚州立大学的杰出理论家阿贝·阿什泰卡尔说，他研究现代量子引力理论，但没有参与这项新研究。“因为新方法从子空间层面量子引力的一般框架开始，然后将其应用于宇宙学尺度，而在其他方法中，人们从一开始就将自己限制在宇宙学背景下，所以新思想是从比我们以前所做的更基本的角度开始的，这是一个优势。”
奥里蒂解释说，在对应于今天的阶段，该模型对宇宙膨胀的加速是由构成理论中引力的子空间量子物体之间的相互作用引起的。在膨胀的宇宙达到临界体积后，这些量子物体开始以新的方式相互作用。这有点像烤蛋糕。想象一个蛋糕，酵母——在这种情况下是子空间量子物体——在达到临界温度——在这种情况下是宇宙的体积——之前并不那么重要，此后条件恰到好处，可以启动它，引起快速膨胀。在量子引力模型中，这就是导致类似暗能量现象出现的原因，其特征是空间体积增长的加速。
“在该模型中，在早期宇宙中，当体积很小时，构成空间的量子物体以一种方式相互作用，这使得它们相对于其大规模长期演化而言处于次要地位，”奥里蒂说。“但是，由于宇宙随着时间的推移不断膨胀，在某个时刻，这些相互作用变得相关，并且它们开始以相当大的方式影响宇宙的演化——宇宙的动力学——导致膨胀加速。因此，在那个阶段，构成空间的量子物体之间的相互作用产生了类似于宇宙学家观察到的暗能量的描述和量级的加速度。”
“从量子引力模型中获得像这样的暗能量现象学效应非常有趣，”德国马克斯·普朗克引力物理研究所的物理学家安娜·阿隆索·塞拉诺说，她也没有参与这项研究。“我认为我们以这种方式探索我们的量子引力模型很重要，以便看看它们是否可以对宇宙学做出预测并将其与观测结果进行比较。”
“下一步将是在他们的理论和模型的基础上，做出进一步的预测，这些预测可以与真实的宇宙学观测结果进行比较，”她说。“但我认为，在我们真正建立对引力的量子性质的良好理解，以及它是否与暗能量存在牢固关系之前，还有很长的路要走。”