宇宙为何加速膨胀？我们历经20年的研究，仍不知道原因，却产生更多疑惑。未来数年会是这项研究的关键时刻，它将告诉我们宇宙的结局.
大约20年前，科学家发现宇宙正在加速膨胀，并把加速膨胀的原因称为暗能量。宇宙每一秒都在变大：星系彼此飞离，星系团与星系团也越分越开，宇宙里的一切事物皆渐行渐远。自1920年代起，埃德温哈勃与其他人的观测便已告诉我们，宇宙正在膨胀、扩张。但不久前，天文学家发现这个过程甚至还在加速进行，宇宙的膨胀幅度持续升高，使星系的退行速率随着时间递增。
科学家有几项假说，或许可用来解释宇宙加速膨胀的原因。目前最佳的假说源自空无一物的空间本质。在量子物理中，真空并非空无一物，真空里可以不断出现一对对「虚」粒子与其反粒子，瞬间自发出现又湮灭。虽然这件事听起来很奇特，不过大量短暂存在的粒子对含有能量，而能量就像质量一样，能够产生重力。唯一不同的是，能量可以产生具有吸引或排斥性质的重力，这完全取决于压力的正或负。根据理论，空无一物的空间能量具有负压，因此可能是驱动宇宙加速膨胀的排斥性重力来源。
这概念等同于爱因斯坦在广义相对论的场方程式中加入的宇宙常数，代表充斥于空间中的固定能量密度。一如其名，这假说中的暗能量密度是个常数，并不会随着时空变动。直到目前为止，除了些许差异，天文物理的观测证据与宇宙常数假说的解释最吻合。
另外，暗能量可能是个遍及全宇宙的能量场，称为第五元素，在空间中各点抵消重力的特性。物理学家非常熟悉场的概念，能够透过场来描述日常生活中电磁力与重力如何运作（虽然这些力通常来自小范围的局部源头，而非充斥整个空间）。
假如暗能量是一个场，强度将无法保持固定，会随着时间改变。在此状况下，暗能量可能一度比现今强一些、或微弱一点，因此在不同时刻对宇宙造成不同的影响。同理，它在未来的强度变化，也会冲击宇宙的未来。在此假说中，有种模型称为冰冻场，其暗能量的变化随着时间渐趋缓慢；在另一种融化场的模型里，场的变动则由缓趋急。
解释宇宙加速膨胀的第三项假说，是暗能量根本不存在，爱因斯坦的重力理论未能解释宇宙加速膨胀的物理机制，也就是广义相对论并不完备。在星系团或整个可观测宇宙这样极大的尺度中，重力运作的定律可能不符合理论预测，反而有奇怪的重力现象。按照这样的逻辑，物理学家提出了一些理论猜想，但目前没有条理一致的理论可解释所有的观测结果，因此暗能量似乎比这假说稍占上风。
暗能量为何如此微弱？
没有任何一种关于暗能量的解释是令人信服的。例如，宇宙常数假说预测，暗能量应该比实际强度更大。当我们尝试把真空里一对对虚粒子与其反粒子的所有量子态的能量相加，便发现总和远比观测值大了120个数量级（即10120倍）。因此，如果暗能量真的是真空能量，我们不禁要问：为何真空能量如此微弱？
若以场来解释暗能量，也无法在这方面取得任何优势。理论学家单纯假设（没有好理由说明为何该如此），暗能量场的最小位能极低，以确保仅有少许暗能量在空间中散布。同时，根据这些模型，除了斥力，暗能量场和宇宙里的其他东西之间有极微小的交互作用；这是一种很难解释的性质。这些因素使得暗能量场的假说，难以融入一般的粒子物理学模型。
