Тёмная эне́ргия, рассредоточенная по Вселенной бесструктурная (не подверженная гравитационному скучиванию) материя, не взаимодействующая с веществом и излучением. Совместный анализ наблюдательных данных по анизотропии реликтового излучения и крупномасштабной структуре Вселенной показывает, что космологическая плотность тёмной энергии составляет около $0,\!7\,\rho_{кр}$ ($\rho_{кр}\,-$ критическая плотность Вселенной).

Вещество, подверженное гравитационному скучиванию, выявляется разными способами, например по гравитационному линзированию. Плотность этого вида материи (тёмная материя и барионное вещество) известна и составляет около $0,\!3\,\rho_{кр}.$ При этом полная плотность всей материи во Вселенной с точностью менее 1 % равна критической плотности, что установлено по положению первого пика акустических колебаний в спектре анизотропии реликтового излучения. Таким образом, около 70 % плотности материи связано с наличием бесструктурной среды неизвестной природы – с уравнением состояния, близким к вакуумоподобному, – которая получила название «тёмная энергия» (по аналогии с тёмной материей).

Важное проявление тёмной энергии – ускоренное расширение современной Вселенной, детектируемое по закону изменения наблюдаемой звёздной величины удалённых сверхновых звёзд Ia типа в зависимости от их красного смещения. Этот метод имеет не вполне изученную систематическую ошибку, связанную с недостаточным знанием физических процессов, протекающих при взрыве таких звёзд, что, однако, не меняет общего вывода об ускоренном темпе расширения Вселенной.

Понимание физической природы тёмной энергии – одна из важнейших космологических проблем. Простейшая гипотеза – постоянная плотность энергии физического вакуума – не может быть признана удовлетворительной. Так, само понятие постоянной положительной плотности энергии вакуума имеет внутренние противоречия. С одной стороны, это Λ-член (космологическая постоянная) в уравнениях Эйнштейна, допускающий наиболее полную группу движений, свойственную вакуумной симметрии. Однако при этом отсутствует другое важное свойство вакуума как основного энергетического состояния физических полей: всегда можно взять меньший Λ-член – и он будет описывать состояние с меньшей энергией.

Более последовательной представляется картина, что энергия вакуума путём релаксации падает до нуля уже в начале эволюции Вселенной. В ходе последующих стадий динамика космологического расширения определяется последовательно разными компонентами материи в зависимости от темпа их эволюции. Отсюда следует вывод, что тёмная энергия – это проявление сверхслабого поля, которое начало динамически доминировать через 10 млрд лет после Большого взрыва и находится сейчас в начальной стадии т. н. медленного скатывания. При моделировании тёмной энергии сверхслабым полем (массивным скалярным полем и др.) не возникает проблем с энергетическими масштабами, поскольку последовательность стадий доминирования связана исключительно с внутренними параметрами материальных полей (их массой, плотностью и др.), что ставит тёмную энергию в один ряд с тёмной материей, барионами и излучением.

История открытия тёмной энергии. Видеолекция Ольги Сажиной. 2023.История открытия тёмной энергии. Видеолекция Ольги Сажиной. 2023.

Архив БРЭАрхив БРЭ