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  雖然暗能量存在的證據都來自於間接推測,但有三個主要證據支援:  目前通常假設,暗能量在宇宙中各向同性,密度非常小,且不與通常物質發生任何除引力之外的已知的相互作用(即電磁,強,弱相互作用)。暗能量的密度又非常之小,大概10 g/cm3,因此地球上的實驗室應當很難直接發現它。但是因為暗能量應該充滿了所有的宇宙空間,因此它佔宇宙質能總量的68%,這顯著地影響了宇宙整體的演化。目前的兩類暗物質理論——宇宙常數理論和基本標量場理論,都包含了暗能量的兩種重要性質——均勻和負壓。

  根據廣義相對論,造成引力效應的時空彎曲不僅僅受物質的質量影響,也受到物質不同部分之間的應力的影響。其中,壓強是物質的應力的一種形式。物質的質量密度、動量密度和物質的應力張量共同組成了物質的能動張量,共同決定了時空曲率。因此,從由廣義相對論推匯出的弗裡德曼-勒梅特-羅伯遜-沃爾克度規解中,能看出足夠強的負壓對宇宙演化的影響:當 formula_1時,如果宇宙已經在膨脹,負壓將使宇宙加速膨脹,而如果宇宙已經收縮,它又將使宇宙停止收縮重新膨脹。  該加速效應有時被稱作“引力排斥”,但負壓並不會造成個別物質之間的排斥作用,它們仍然是相互吸引的。但是,負壓充斥宇宙,卻會造成類似宇宙背景時空整體被吹漲的效應,結果是宇宙加速膨脹了。

  

  1998年,高紅移超新星搜尋隊觀測組發表了Ia型超新星的觀測資料,顯示宇宙在加速膨脹。隨之,1999年,超新星宇宙學計劃證實了該結果。該項工作於2011年獲得諾貝爾物理學獎。  Ia型超新星可被視為測量大尺度長度的標準尺。這種超新星爆發時的絕對星等都一樣,只要觀測到他們的視星等,就可以測出它們到地球的距離。而紅移量又能體現退行速度。因此可以將距地球不同距離的Ia型超新星的紅移量與宇宙學方程的預言值進行比較。取定合適的引數,ΛCDM模型模型比較符合觀測。

  無論是何種形式的暗能量,它都對宇宙空間大尺度曲率有貢獻。對宇宙微波背景輻射的觀測,可以測量出宇宙目前的曲率,以及宇宙中暗物質和通常物質的含量。目前的觀測結果是,我們的宇宙接近平坦,因此宇宙的總物質量應該接近等於臨界密度。但微波背景輻射測出的宇宙暗物質和通常物質的含量僅有該值的30%左右,則剩下的為暗能量。  威爾金森微波各向異性探測器(WMAP)衛星耗時七年,給出的資料是宇宙物質的72.8%是暗能量,22.7%是暗物質,4.5%是通常物質。2013年,普朗克衛星給出的資料是,68.3%的暗能量、26.8%的暗物質、及4.9%的通常物質。

  在早期宇宙光子退耦發生前,所有物質,包括光子,電子,重子等,都組成了一鍋均勻的“等離子體湯”。在其中,所有的粒子自由程都極短,走一點路程就會被其他粒子散射,所以這種等離子體內部的相互作用極強。當然,這種等離子體也不是完全均勻的,上面會有微小的密度漲落。由於暗物質退耦更早,因此那些密度稍大的部分含有更多的暗物質,這些部分吸引周圍的物質向其靠近。由於這種早期的等離子體內部相互作用非常強,因此在被吸往密度較大的核心的過程中,會聚集而造成區域性壓力過大,因此會向周圍輻射一種“重子聲學振盪”,就如同在水中丟一顆石子,外圍產生一圈波紋一樣。由於暗物質早就退耦了,除了引力之外它不與等離子體相互作用,因此暗物質留在中心,而等離子體則形成了被暗物質吸引的部分的一個核心,以及周圍包裹的壓力較大部分的一個殼狀密度較大區域,那是重子聲學振盪的波前。這個殼狀區域可以以光速的一半向外擴張。  之後,隨著宇宙膨脹,等離子溫度下降,光子退耦出去,形成了今天宇宙微波背景輻射的源頭,而組成殼狀區域的重子和電子物質結合生成原子核。由於失去了光子作為相互作用的傳遞媒介,重子之間的相互作用開始以引力為主,“殼狀區域”不再受波的傳播定律的制約,因而擴散停止,被固定住。由於早期宇宙溫度幾乎是均勻的,而溫度下降到某個值時,光子會突然“同時退耦”,因此所有的“殼狀區域”都會同時固定,繼而只受引力相互作用,只隨宇宙膨脹,而不繼續向外傳播,並且互相干涉,形成宇宙中今天看到的各種複雜結構。這些殼狀區域繼續不停地吸引落入的物質,形成各種星系,因此我們能在宇宙中觀測到各種大小几乎一致的空洞(~150兆秒差距),空洞的周圍是一群星系組成的殼。這種空洞也可以作為宇宙的“量天尺”。  2011年,WiggleZ計劃調查了銀河系附近200,000個星系,利用這些空洞作為標準尺校正周圍星系與地球的距離,再測量這些星系的紅移量,類似前述的超新星測量法,也得出了宇宙在大約70億年前開始加速膨脹的結論。同時,它給出了目前宇宙的漲落大約為1/10。

  我們目前觀測到的宇宙微波背景輻射的光子,在到達探測器之前,走過了很長一段距離。在這段距離上,光子必然受到其附近天體的引力場影響,被紅移或藍移。由於宇宙的物質並不可能完全均勻分佈,因此光子經過的路程上將佈滿很多引力勢阱或勢壘,這將造成不同方向的背景輻射光子溫度產生差異。當然,由於原始宇宙的量子漲落,微波背景輻射的光子本來就存在由此而來的各向異性,這貢獻了微波背景輻射各向異性的大部。薩克斯-瓦福效應在此基礎上,進一步疊加了一部分各向異性。  宇宙如果加速膨脹,將改變光子執行路上的引力勢阱或勢壘的構造,因此在光子通過勢阱或勢壘的過程中,這種變化的資訊就體現在光子中。因此微波背景輻射的各項異性,將有助於我們瞭解宇宙各個方向的情況。2008年,Ho "et al." 以及Giannantonio "et al."兩個小組分別報道了他們的分析結論,顯示宇宙在加速膨脹。

  

  愛因斯坦的引力場方程並沒有禁止一個宇宙常數項。愛因斯坦本人曾引入這一項,使得宇宙存在一個靜態解。雖然愛因斯坦本人宣稱這是他一生中最嚴重的錯誤,但是現在宇宙的加速膨脹效應似乎表明,引力場方程中應該有這麼一項,雖然它很小。  當然,這一項可以直接“手放”進引力場方程中,但是大家更希望給它一個解釋。宇宙學常數項可以等效於一種物質,它處處存在,且具有負壓強。描述粒子物理的量子場論預言了真空“不空”,它裡面充斥了各種虛粒子漲落,因此真空本身當然具有能量,稱為“真空能”,這種量子效應導致的真空能即等效於一個宇宙學常數。不幸的是,多數粒子物理理論預言的真空能數值過大,通常比測出的暗能量密度(10 g/cm)多出120個數量級,因此這也是粒子物理學理論中一個很深刻的問題。  某些粒子物理學理論,比如超對稱理論,其中各項真空能項可以被抵消。但這樣又帶來一個問題,為何真實宇宙中的真空能又沒有被精確抵消,而殘留了這麼一點點呢?當然,超對稱必須破缺,因此真空能不可能嚴格為0。但另一方面,目前超對稱理論無法被實驗證明是否是正確的,就算它在短期內被加速器實驗證實,它仍然還不是一個有效理論,因為超對稱破缺的具體機制並不清楚,而這也會強烈影響真空能的大小。能否給出正確的暗能量數值,也將是檢驗超對稱理論的一個重要標準。

  我們也可以在理論中直接引入一種標量場(可以被稱作“第五元素”),用以驅動宇宙進行加速膨脹。與前述的宇宙常數理論不同,標量場理論允許暗能量有一定的不均勻。為了避免不均勻的程度太大,這種標量場的質量(也就是它拉氏量中的二次項係數)必須很輕,這樣才能產生一個大的康普頓波長。  但是,如果認為任何場論都必須被量子化,這種標量場理論也必須被量子化。但是標量量子場論的質量並不是穩定的,也就是說,輻射修正不能保證標量場在重整化後的質量項仍然很小,這樣,理論面臨困難。  某些標量場理論能回答,“為何宇宙加速膨脹恰好能被我們觀測到?”這個問題。如果宇宙加速膨脹得稍微早一點,那麼在銀河系形成之前,物質就已經由於宇宙的加速膨脹而互相分離,不能再凝聚成任何星系系統,也就不能產生人類了。這些標量場理論具有一種稱為“tracker”的性質,“tracker”的意思類似追蹤,追蹤的物件是宇宙中的輻射。在宇宙早期輻射為主時期,這種標量場並不表現任何效應,也就是跟著“追蹤著輻射走”,當輻射逐漸被宇宙膨脹稀釋,密度降到物質密度以下,就觸發了這種標量場開始產生效應,推動宇宙逐漸加速膨脹。  對於宇宙加速膨脹歷史的考察,可以瞭解暗能量的狀態方程,進而定出它壓強和密度的關係。在自然單位制下,宇宙常數理論預言壓強的數值嚴格等於密度(w=-1)。2004年,一項研究似乎觀測到了一點偏離。  一些標量場理論被稱作“phantom energy”,它們預言暗能量密度將隨時間的流逝而不斷增加,甚至能最終導致“大撕裂”。另一些理論則非常大膽地將標量場的動能項寫成負的。
暗能量是某種作用於時空結構本身的能量,並且是種均勻的負壓力,會導致時空結構膨脹。