在两个独立的天文观测小组通过遥远超新星的观测而发现宇宙在加速膨胀的事实以后，D.胡特尔和M.S.特纳于1999年首次引入了能够解释宇宙加速膨胀机制的“暗能量”这一术语。虽人类尚未直接观测到暗能量，但几乎所有的天文观测数据都表明暗能量是存在的，并指出暗能量约占宇宙总能量的68%，在宇宙中均匀地分布着。

在理论上与宇宙学观测符合得最好的暗能量模型是最简单的宇宙学常数模型，其状态方程参数为常数-1，不随宇宙的演化而变化。而宇宙学常数是1917年A.爱因斯坦为建立一个静态的宇宙模型而引入的。该模型指出已经开始的加速膨胀将会永远持续下去，宇宙的时空会越来越接近一个德西特时空。宇宙学常数加上冷暗物质的宇宙学模型就是著名的ΛCDM模型。尽管宇宙学常数是暗能量最简洁的也是第一的候选者，但它却存在以下两个严重的理论问题：

①精细调节问题。一般认为宇宙学常数是由真空能给出的，但量子场论所预言的真空能与观测到的暗能量相差上百个数量级，这意味着要得到现在的宇宙学常数，就必须对宇宙的初始条件进行非常精细的调节。

②巧合性问题。物质的演化行为与宇宙学常数完全不同，因而很难解释今天的物质密度为何恰好会与宇宙学常数的能量密度在同一个量级。

为了缓解上述理论问题特别是巧合性问题，人们希望暗能量的物态方程可随时间演化，而且天文观测显示一定范围内状态方程参数是允许随时间变化的。这样就提出了很多动力学暗能量模型，如精质模型、幽灵模型、精灵模型、快子模型等，以讨论暗能量随时间演化的可能性。此外，基于全息原理还提出了全息暗能量模型。其基本思想是宇宙中的暗能量不能超过与宇宙同体积的黑洞质量，从而暗能量密度和宇宙尺度的平方成反比。通过选取适当的宇宙尺度作为理论的红外截断，全息暗能量模型也可驱动宇宙加速膨胀并与试验观测很好地吻合，同时对宇宙学常数问题及巧合性问题提供较为合理的解释。

解释宇宙加速膨胀效应的另一种思路是修改广义相对论，例如标量-张量理论、矢量-张量理论、有质量引力理论等。修改引力模型和动力学暗能量模型在背景层面是不可区分的，但是它们所预言的扰动演化行为有所不同，因此有可能借助大尺度结构形成来区分它们。

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。如果导致当今宇宙加速膨胀的暗能量是动力学的话，那么宇宙的未来将由暗能量场的动力学性质来决定，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，宇宙将有可能是膨胀、收缩、再膨胀再收缩，循环往复的。

自从宇宙加速膨胀发现以来，各种暗能量模型层出不穷，暗能量问题亦成为宇宙学研究的核心之一，但暗能量的本质和起源仍然是未解之谜。随着大规模宇宙学观测项目的相继实施、观测数据的大量积累和观测手段的突飞猛进，宇宙学研究已经迈进了“精确宇宙学时代”，这为进一步研究宇宙加速膨胀的规律、确定暗能量的形式和物理特性，以及甄别各种暗能量模型提供了可能。

宇宙加速膨胀是宇宙学的一个里程碑性的重大发现。暗能量的本质是21世纪物理学面临的重大挑战。中国和国际上将运行一批大型的地面和空间暗能量项目，包括国际上的DESI、Euclid、LSST，中国的空间站巡天、天籁计划。中国的阿里CMB实验将建成并运行，对宇宙原初引力波的探索和暗能量的研究具有重要的意义。