物理學中有一個基本問題。

一個稱為宇宙常數的數字，連接了量子力學的微觀世界和愛因斯坦廣義相對論的宏觀世界。但兩種理論都不能認同它的價值。

事實上，這個常數的觀測值與理論上的預測值有著巨大的差異，它被廣泛認為是物理學史上最差的預測。解決這一矛盾可能是本世紀理論物理學最重要的目標。

瑞士日內瓦大學理論物理學助理教授Lucas Lombriser介紹了一種評估愛因斯坦引力方程的新方法，以找到與觀測值密切接近的宇宙常數值。他在10月10日出版的《物理快報B》線上發(fā)表了他的方法。

愛因斯坦的最大失誤是如何變成暗能量的

宇宙常數的故事始于一個多世紀前，當時愛因斯坦提出了一套方程，現在稱為愛因斯坦場方程（Einstein field equations），這些方程成為他廣義相對論的框架。方程解釋了物質和能量如何扭曲空間和時間結構，從而產生重力。當時，愛因斯坦和天文學家都同意宇宙的大小是固定的，星系之間的整體空間沒有改變。然而，當愛因斯坦將廣義相對論應用于整個宇宙時，他的理論預測了一個不穩(wěn)定的宇宙，這個宇宙要么膨脹，要么收縮。為了迫使宇宙是靜止的，愛因斯坦加上了一個宇宙常數。

近十年后，另一位物理學家Edwin Hubble發(fā)現，我們的宇宙不是靜止的，而是膨脹的。來自遙遠星系的光顯示它們都在相互遠離。這一結果說服愛因斯坦放棄他的場方程中的宇宙常數，因為對于一個膨脹的宇宙來說，它已經沒有必要了。物理界傳聞，愛因斯坦后來承認，引入宇宙常數也許是他最大的失誤。

1998年，對遙遠超新星的觀測表明，宇宙不僅在膨脹，而且正在加速膨脹。星系正在相互加速，仿佛有一些未知的力量正在克服重力，把那些星系推開。物理學家們把這種神秘的現象命名為暗能量，因為它的真正性質仍然是一個謎。

具有諷刺意味的是，物理學家們再次將宇宙常數引入愛因斯坦的場方程中，以解釋暗能量。在目前的宇宙學標準模型（稱為ΛCDM，Lambda CDM）中，宇宙常數與暗能量可相互代替。天文學家甚至根據對遙遠超新星的觀測和宇宙微波背景的波動來估計其值。雖然這個值非常?。科椒矫?0-52左右），但在宇宙的層面上來說，它的重要性足以解釋空間的加速膨脹。

“宇宙常數（或暗能量）目前約占我們宇宙中能量含量的70%，這是我們從觀測到的宇宙目前所經歷的加速膨脹中推斷的。然而，這個常數并不為人所理解，”Lombriser說，“我們無法解釋它，在如何理解宇宙方面，我們似乎缺少一些根本的東西。解開這個謎題是現代物理學的主要研究領域之一。人們普遍預測，解決這個問題會使我們對物理學有一個更基本的理解。”

這是物理學史上最糟糕的理論預測

宇宙常數被認為是物理學家所說的“真空能量”。量子場理論指出，即使在完全空曠的真空環(huán)境中，虛擬粒子也會大量出現和消失并產生能量—;—;這是一個看似荒謬的想法，但是一個在實驗中被真實觀察到的想法。當物理學家試圖計算它對宇宙常數的貢獻時，問題就出現了。他們的結果與觀測結果不同，其差值是令人驚訝的10121（即10后有120個零），這是所有物理學中理論和實驗之間最大的差異。

這種差異甚至使一些物理學家懷疑愛因斯坦最初的引力方程；有些人甚至提出了替代的引力模型。然而，激光干涉儀引力波觀測臺（LIGO）的引力波的進一步證據只有廣義相對論被加強了，并駁斥了許多替代理論。這就是為什么Lombriser沒有重新思考重力，而是采取了不同的方法來解決這個宇宙難題。

“我提出的機制并沒有修改愛因斯坦的場方程，”Lombriser說，相反，“我只是在愛因斯坦的場方程上增加了一個方程?！?/p>

引力常數，最初用于牛頓的重力定律，現在是愛因斯坦場方程的重要組成部分，描述了物體之間的引力大小。它被認為是物理學的基本常數之一，自宇宙開始以來一直不變。Lombriser做出了一個戲劇性的假設，即這個常數可以改變。

在Lombriser對廣義相對論的修改中，引力常數在我們可觀測的宇宙中保持不變，但在宇宙之外可以變化。他提出了一個多元宇宙設想，即其中可能有一些我們看不見的宇宙區(qū)域，不同的區(qū)域對應著不同的基本常數。

這種重力的變化給了Lombriser帶來了一個額外的方程，該方程將宇宙常數與時空物質的平均總和聯系起來。在計算了宇宙中所有星系、恒星和暗物質的估計質量后，他就可以求解這個新方程，為宇宙常數獲得一個新的值—;—;一個與觀測結果非常一致的值。

他使用一個新的參數，即ΩΛ（omega lambda），表示由暗物質構成的宇宙的一部分，他發(fā)現宇宙是由約74%的暗能量構成的。這個數字與觀測估計的68.5%值非常接近，與量子場理論發(fā)現的巨大差異相比，這是一個巨大的改進。

雖然Lombriser的框架可以解決宇宙常數問題，但目前沒有辦法對其進行測試。但在未來，如果來自其他理論的實驗驗證了他的方程，這可能意味著我們對暗能量的理解有一個重大飛躍，并提供一個工具來解決其它宇宙奧秘。