除超新星以外，重子声波振荡是探测宇宙膨胀历史的另一枚重要探针。在宇宙早期，重子物质与光子紧密结合在一起，并在引力和光子压强两种相反的作用力下形成类似声波一样的振荡。随着宇宙的膨胀，温度降低，这种声波振荡使得物质逐渐相互远离，直到宇宙大爆炸后约38万年的微波背景辐射时期。从此，光子与重子不再相互作用，声波振荡过程结束，星系之间的距离被“冻结”在一个特定的宇宙学尺度上，即被称为“宇宙标准尺”的重子声波振荡尺度。
重子声波振荡尺度大约为4.9亿光年。天文观测上，我们可以通过测量不同尺度上星系对的数目，来测量重子声波振荡尺度，进而了解宇宙的组成和演化性质。目前国际上最大的重子声波振荡巡天实验为美国的斯隆数字巡天。其第三期的重子声波振荡光谱巡天通过对一百多万颗星系进行测量，首次把重子声波振荡距离测量精度提高到1%的水平。这些观测独立的表明，宇宙确实正在加速膨胀！
宇宙标准烛光和宇宙标准尺在宇宙学研究方面是高度互补的。结合最新观测数据，目前宇宙中约70%的能量是由一种称为暗能量的未知能量组分提供，约25%的能量由一种称为暗物质的未知物质形式提供，而我们熟悉的普通物质只占总能量的5%左右。
图注：重子声波振荡作为宇宙标准尺示意图
（图片来源：http://sumire.ipmu.jp/en/3002/）
我们目前对暗能量的本质知之甚少，只了解它具有负压强，且近乎光滑，不结团。那么，什么是负压物质呢？让我们来举例说明。
想象一个密闭容器中的气体被活塞挤压，气体内能增加，体积减小，因此其压强为正。若压强为负，则需要流体的体积与其内能变化趋势相同，即内能和体积同时增加或者同时减小。这似乎与直觉相反，因此很难以想象。实际上，真空即是一种奇怪的负压物质，因为其能量密度恒常不变，当真空体积增加，其内能也随之增加。因此，真空能是暗能量的候选者之一。
真空能实际上是爱因斯坦在100年前，为了得到静态宇宙而引进的宇宙学常数。真空能作为暗能量模型尽管没有被目前的观测排除，但是它却存在着严重的理论问题。这些通常被称为“精细调节困难”、“巧合性问题”等等的理论问题让科学家们不得不考虑其他暗能量候选者：动力学暗能量。
动力学暗能量是随时间变化的动力学场的能量。这类模型可以解决或缓解真空能作为暗能量的巧合性问题。在过去的二十年间， 人们提出了很多动力学暗能量模型，并给它们取了颇具神秘色彩的名字，比如“精质”，“幽灵”， “精灵”，全息暗能量模型等。
一般来说动力学暗能量，不同于宇宙学常数，会带来一系列有趣的物理现象。例如，暗能量场与电磁场的相互作用将会导致精细结构常数的改变；暗能量场有可能使中微子质量在宇宙演化过程中发生改变；动力学暗能量场有可能导致宇宙学电荷-宇称-时间反演对称性的破坏等。
暗能量的本质决定着宇宙的命运。
如果加速膨胀是由真空能引起的，那么宇宙将永远延续这种加速膨胀的状态。宇宙中的物质和能量将变得越来越稀薄，星系之间互相远离的速度将变得非常快，新的结构不可能再形成。
如果导致当今宇宙加速膨胀的暗能量是动力学的，那么宇宙的未来将由暗能量场的动力学决定，有可能会永远加速膨胀下去，也有可能重新进入减速膨胀的状态，甚至可能收缩，特别是在精灵暗能量框架下，宇宙将有可能是循环的，即膨胀-收缩-再膨胀-再收缩……循环往复。
作者：赵公博，系国家天文台研究员，中国科学院大学天文与空间科学学院天文学系主任。2016年获得英国皇家学会牛顿高级学者奖，2019年入选国家“万人计划”科技创新领军人才。主要研究方向为依托大型星系巡天的宇宙学前沿。
