物質與時空摩擦產生暗能量？
暗能量之謎
近些年，在物理學上有些事情是比較棘手的，比如暗能量。
我們認識暗能量已經有一些年頭了。1998年，天文學家在觀察遙遠的超新星時，發現它們比預期的要暗。在一個還在膨脹的宇宙中，雖然隨著超新星和我們的距離在增加，它們的亮度註定是要衰減的，但它們還是暗得太快了一點。這隻能用宇宙膨脹在加速來解釋。
必定存在一種神秘的東西，是它踩了宇宙加速膨脹的「油門」。科學家把這種未知的東西叫做暗能量。暗能量大約佔了宇宙總量的三分之二。根據近年來的觀測顯示，它應該均勻地分布在整個宇宙，其能量密度僅相當於每立方米6個質子的質量。搞清暗能量是什麼，是當前物理學上的最大課題之一。
對於物理學家來說，最簡單的辦法是把暗能量解釋為真空能。因為他們很早就知道，根據量子力學，真空中充滿著各種此起彼伏的量子場，因此真空也是有能量的。但隨後的計算卻表明，真空能要比暗能量大差不多120個量級。這麼大的差距，當然是無法接受的。
遇到這種情況，許多人就放棄這種設想了。但依然有不少人在頑強地通過修正理論來縮小這個距離。最近有人聲稱，暗能量並非宇宙中某個真實存在的實體，它僅僅是物理學家們在記錄宇宙能量收支平衡時，之前被他們忽視了的某種東西。
但要理解這一點，不得不假設：我們通常意義上理解的能量守恆，不是任何情況下都成立的。
對能量守恆的質疑
這個假設可謂石破天驚。你不妨想一想，科學上定律、原理那麼多，可是有哪一條比能量守恆定律更根本、更顛撲不破呢？事實上，能量守恆不僅通過了無數次實驗的檢驗（見拓展閱讀「能量守恆為我們做過些什麼？」），還跟物理學上最基本的一個對稱聯繫在一起。
早在20世紀初，數學家艾米麗·諾特就已證明，物理定律的每一種對稱性，都對應一條守恆定律。例如，空間平移對稱性導致動量守恆定律，時間平移對稱性導致能量守恆定律。時間（空間）平移對稱，通俗地說，就是物理規律不隨時間（空間）的變化而變化。比如眾所周知，沒有哪條物理定律的有效性會有一個截止日期。
不過，對能量守恆的質疑也並非今日始。之前物理學家就從微觀和宏觀兩方面提出過質疑。
就微觀方面來說，量子理論認為，真空並非真的空無一物，裡面其實充滿了許多虛粒子；這些虛粒子可以從真空中暫時借得一部分能量，以獲得「肉身」，旋即湮滅，又把能量歸還真空。雖然從大的時間尺度來看，能量似乎還守恆，但從非常小的時間尺度來看，能量守恆顯然被破壞掉了。
就宏觀方面來說，廣義相對論告訴我們，光在強引力場中傳播時，波長會被拉長，此即引力紅移。但是我們知道，光子的能量跟波長成反比，波長變長，豈不意味著光子的能量下降？可是，光在真空中傳播，並沒有什麼東西偷走能量呀？所以在這裡，能量守恆也被破壞了。
物質和時空如何交換能量？
不過，物理學家又說，這一切都只是表面現象。能量之所以不守恆，是因為我們之前對能量的理解太狹隘。在來自微觀方面的質疑中，因為真空也是有能量的，一旦考慮真空能，總能量還是守恆的。在來自宏觀方面的質疑中，廣義相對論早就告訴我們，當時空被彎曲或平攤開來的時候，能量就會被吸收或者釋放出來。所以，發生紅移的光子，損失的能量必定是被彎曲的時空吸收了。一旦計及它周圍時空的能量變化，總能量也還是守恆的。
這麼一來，似乎又無話可說了。不過，能量在物質之間相互交換，是好理解的，但它是如何在物質和時空之間交換的呢？譬如發生紅移的光子，是如何把自身的能量傳遞給周圍時空的？
法國物理學家希伯特·羅賽特試圖來解決這一問題。他認為，秘密或許就藏在廣義相對論和量子力學交叉的地方。
這個既涉及廣義相對論，又涉及量子力學的地方，本應以統一的量子引力理論為奧援，可惜該理論至今付之闕如。一個重要原因是，量子力學和相對論的時空觀，有著巨大的差異。相對論認為，時間和空間都是連續的、平滑的；然而量子力學卻認為，萬物都是分立的、一份一份的，倘若深究下去，甚至連時空本身也是如此。
我們迄今描述物理現象，都假設時空是光滑的、連續的。相對論告訴我們，任何一個有質量的物體，甚至一個微觀粒子，都會讓它周圍的時空發生扭曲，扭曲程度依它的質量而定（比如，黑洞把它所在的空間就扭曲成了一個漏斗形）。但倘若時空真是顆粒狀的，當然對置身其中的物體會產生影響。就好比一個鐵球，在一塊厚毯子上滾動，從遠處看，它滾到哪兒，哪兒就陷下去，但從近距離看，你會發現毯子表面並非光滑，而是由一根根直豎的、蜷曲的細毛組成的，鐵球在運動時，會受到細毛的阻擾而損失能量。羅賽特說，顆粒狀的空間對於運動粒子來說，就好比摩擦力，粒子的能量通過這種形式，傳遞給了「毛茸茸」的空間。
暗能量新說
如果這個設想對頭，那麼自大爆炸以來，宇宙中的物質就在持續不斷地喪失能量。固然，對於單個粒子來說，損失的能量是非常之微小的，用目前的設備根本無法探測，但考慮到宇宙之大，之久，這些積累起來的能量必定非常可觀，足可用來解釋暗能量的起源。換句話說，暗能量不是別的，就是物質在運動時，被時空損耗並吸收的能量。
羅賽特做了一下計算，如果把宇宙中不包括暗能量在內的物質總能量，比作一個10×10×10立方千米的水體，那麼每年損耗的能量，僅相當於一個質子的質量。把自大爆炸以來損耗出去的能量全部加起來，跟天文上觀測到的暗能量比較，差距從原先的120個量級縮小到7個量級。他認為，如果把他的理論進一步精細化，差距或許還會縮小。
當然，這個理論也並非沒有爭議。首先，物理學家要想搞清楚粒子尺度上與時空有關的事情是很困難的，因為在天體層面上行之有效的廣義相對論，在此失效了。其次，羅賽特理論中的另一個假設，即時空是顆粒狀的，儘管在科普文章中已經很流行，但在科學上遠未得到證實。所以，要搞清暗能量的真實來源，恐怕還是需要等待把量子力學和廣義相對論結合起來的統一理論。
能量守恆為我們做過些什麼？
我們不論朝哪兒看，能量看起來似乎都在創生或消滅：落體獲得速度；潮汐漲了落，落了漲；被消化的食物似乎不見了……
但每一次，只要我們堅信能量既不能創生，也不能消失，總是守恆的，就總看透這些表面現象，為我們增加新的認識：物體從地面升起，就獲得引力勢能；海洋的水受月球引力的作用；食物被轉化成了我們體內的肌肉和脂肪……
出於同樣的道理，石頭在地面滑行，速度越來越慢，讓達·芬奇發現了摩擦力。19世紀，法國天文學家奧本·勒維耶結合能量守恆定律和觀測數據，使他預言了海王星的存在。焦耳等一批物理學家，用能量守恆定律證明，熱量只是另一種形式的能量。愛因斯坦的質能方程則證明，原子彈爆炸所產生的巨大能量，都儲存在原子的質量上。
也許最讓人印象深刻的是中微子的發現。1930年，物理學家發現，放射性原子能夠發射電子，但在這一過程中，能量似乎莫名其妙地變少了。當時，像玻爾這樣的大物理學家都猜測，或許在這一過程中，能量不再守恆了。但奧地利物理學家泡利卻堅持認為能量是守恆的，只是被某種不可見的新粒子帶走了。最後實驗證實泡利的想法是正確的，新發現的粒子被命名為中微子。能量守恆定律再一次被證明是正確的。
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