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長久以來，宇宙起源之謎一直困擾著人類，我們不清楚我們所能觀察到的一切從何而來。如果宇宙來自某種已經存在的狀態，我們就會想知道那個狀態是什麼樣的，以及宇宙是如何形成的。如果宇宙從虛無中誕生，我們會想知道如何從虛無變成整個宇宙，以及是什麼引起宇宙的誕生。
根據宇宙大爆炸理論，宇宙是從虛無的奇點中誕生。從常識來看，虛無意味著零物質、零能量，宇宙中所有量子場都是絕對零值。由於沒有物質和能量，空間是完全平坦的。從這方面來考慮，虛無就是非物理意義上的。
「虛無」不代表什麼都沒有
但在物理學中，虛無不代表什麼都沒有。如果我們想從物理意義上討論虛無，就必須保留某些東西，例如，時空和物理定律，沒有它們就沒有宇宙。
如果有時空和物理定律，那麼，根據定義，無論哪裡都會有量子場滲透到宇宙中。由於宇宙的量子性質，空間固有的能量會產生基本的「抖動」。
把這些成分放在一起——因為沒有它們，就不可能有一個物理上可感知的「虛無」——就會發現，空間本身並沒有固有的零能量，而是存在一個有限的、非零值的能量。就像被原子束縛的電子存在一個有限的零點能量（大於零），空間本身也是如此。因此，對於空無的空間，即使它的曲率為零，即使沒有粒子和外部場，它仍然擁有有限的能量密度。
根據量子場論，這被概念化為量子真空的零點能量：真空的最低能量狀態。然而，在廣義相對論的框架中，它以另一種意義出現：作為宇宙常數的值，它本身是真空的能量，獨立於曲率或任何其他形式的能量密度。
雖然物理學家不知道如何從基本原理計算這個能量密度的值，但目前可以計算它對膨脹宇宙的影響。當宇宙空間膨脹時，存在於其中的每一種能量形式不僅對宇宙的膨脹有貢獻，而且對膨脹率隨時間的變化也有貢獻。根據多個獨立的證據，包括宇宙的大尺度結構、宇宙微波背景輻射和遙遠的超新星，物理學家已經能夠確定多少能量是空間本身固有的。
關鍵的暗能量
這種形式的能量就是我們現在所說的暗能量，它是導致宇宙空間加速膨脹的原因。儘管暗能量的概率已經被提出20年，但物理學家並不完全理解它的真正性質。我們只能說，當我們測量宇宙的膨脹率時，我們的觀測結果與暗能量作為一個具有特定大小的宇宙常數相一致，而不是隨著時間的推移而顯著變化的東西。
由於暗能量會使空間逐漸膨脹，從而導致空間中的星系隨著時間的推移而彼此互相遠離，並且退行速度變得越來越快，所以暗能量通常被稱為負引力。這種說法不僅是非正式的，而且是不正確的。引力只是正的，而不是負的。但即使是正引力，也會產生類似於斥力的效應。
如果宇宙中存在更多的暗能量，膨脹率將會更大。但在一個空間平坦的宇宙中，所有形式的能量都是如此，暗能量也不例外。暗能量與更常見的能量形式（如物質和輻射）的唯一區別在於，隨著宇宙的膨脹，物質和輻射的密度會降低。
但由於暗能量是空間本身的屬性，當宇宙空間膨脹時，暗能量的密度必然會保持恆定。隨著時間的推移，受引力束縛的星系將合併成星系群和星系團，而沒有引力束縛的星系群和星系團將會加速遠離彼此。如果暗能量真的存在，這就是宇宙的最終命運。
那麼，為什麼科學家會說宇宙是從虛無中誕生的呢？
因為暗能量的值可能在遙遠的過去更高，那個時間在宇宙大爆炸之前。一個含有大量暗能量的宇宙，其行為將與一個正在經歷空間暴脹的宇宙相同。為了結束宇宙最初時刻的空間暴脹，這些能量必須轉化為物質和輻射。多個獨立證據可以有力地表明，這個過程發生在138億年前，那就是宇宙的起源時間。
那麼，為什麼還有少量的暗能量仍然存在於宇宙中？
因為宇宙中量子場的零點能量不是零，而是一個有限且大於零的值。當我們考慮虛無和正負引力的物理概念時，我們的常識和直覺並不可靠。正由於物理學家沒有依靠常識和直覺，所以才會得到正確的物理理論——它能準確地描述我們所觀測到的宇宙。