困扰物理学家近百年的宇宙学常数——爱因斯坦最大失误或被更正？

悦刈

宇宙学常数困扰着物理学家一个多世纪。

物理学中有一个基本问题。

一个称为宇宙常数的数字将量子力学的微观世界和爱因斯坦的广义相对论的宏观世界联系起来。 但是，两种理论都无法就其价值达成共识。

实际上，该常数的观测值与理论预测的值之间存在巨大差异，该理论被广泛认为是物理学史上最糟糕的预测。 解决差异可能是本世纪理论物理学的最重要目标。

星系弯曲时空结构（绿色）和暗能量（紫色）的平滑效果示图（主导了重力效应。）

瑞士日内瓦大学理论物理学助理教授卢卡斯·洛姆布里瑟（Lucas Lombriser）提出了一种新的评估爱因斯坦引力方程的方法，以找到与观测值紧密匹配的宇宙常数值。 他在《 Physics Letters B》杂志上在线发表了他的方法。

爱因斯坦最大的失误是如何变成暗能量的

关于宇宙常数的故事始于一个多世纪以前，当时爱因斯坦提出了一组方程，现在称为爱因斯坦场方程，成为他的广义相对论的框架。 这些方程式解释了物质和能量如何扭曲空间和时间的结构以产生重力。 当时，爱因斯坦和天文学家都同意，宇宙的大小是固定的，并且星系之间的整体空间没有改变。 但是，当爱因斯坦将广义相对论应用于整个宇宙时，他的理论预测到一个不稳定的宇宙会膨胀或收缩。 为了迫使宇宙静止，爱因斯坦加入了宇宙常数。

近十年后，另一位物理学家埃德温·哈勃（Edwin Hubble）发现我们的宇宙不是静止的，而是在膨胀的。 来自遥远星系的光线表明它们都彼此远离。 这个发现说服了爱因斯坦放弃了他的场方程中的宇宙常数，因为它不再需要解释一个不断扩大的宇宙。 关于物理学的传说是，爱因斯坦后来承认，他对宇宙常数的介绍可能是他最大的错误。

1998年，对遥远超新星的观测表明，宇宙不仅在膨胀，而且还在加速膨胀。 星系正在彼此加速，好像某种未知的力正在克服重力并将这些星系推开一样。 物理学家称这种神秘现象为暗能量，因为其真实性质仍然是个谜。

具有讽刺意味的是，物理学家再次将宇宙常数重新引入爱因斯坦的场方程中，以解释暗能量。在称为ΛCDM（Lambda CDM）的当前宇宙学标准模型中，宇宙常数可与暗能量互换。天文学家甚至根据遥远的超新星的观测和宇宙微波背景的波动来估算其价值。尽管该值非常小（每平方米10 ^ -52的数量级），但在整个宇宙范围内，它的意义足以解释空间的加速膨胀。

伦勃里瑟说：“宇宙学常数（或暗能量）目前约占宇宙能量的70％，这是我们从观察到的宇宙加速膨胀中可以推断出的。但是，这一常数尚无法理解。” 。 “尝试解释它的尝试失败了，在我们如何理解宇宙方面似乎缺少一些基本的东西。揭开这个难题是现代物理学的主要研究领域之一。人们普遍预计解决这个问题可能会导致让我们对物理学有了更基本的了解。”

物理学史上最糟糕的理论预测

人们认为宇宙常数代表物理学家所说的“真空能”。量子场论指出，即使在完全空的空间真空中，虚拟粒子也会突然出现并脱离存在并产生能量，这似乎是荒谬的，但已经通过实验观察到了。当物理学家试图计算其对宇宙常数的贡献时，就会出现问题。他们的结果与观察结果的不同之处在于令人难以置信的10 ^ 121（即10后跟120个零），这是所有物理学中理论与实验之间最大的差异。

这种差异使一些物理学家怀疑爱因斯坦的原始引力方程。有些甚至提出了替代性的引力模型。但是，激光干涉仪引力波天文台（LIGO）产生的引力波的进一步证据仅增强了广义相对论，并摒弃了许多其他可供选择的理论。这就是为什么Lombriser不用重新考虑重力，而是采用了不同的方法来解决这个宇宙难题。

“我提出的机制不会修改爱因斯坦的场方程，”伦勃里瑟说。相反，“它在爱因斯坦的场方程之上添加了一个附加方程。”

引力常数最早用于艾萨克·牛顿的引力定律中，现在是爱因斯坦场方程的重要组成部分，它描述了物体之间引力的大小。它被认为是物理学的基本常数之一，自宇宙开始以来就永远不变。 Lombriser做出了一个戏剧性的假设，即该常数可以更改。

在隆伯瑞斯（Lombriser）对广义相对论的修改中，引力常数在我们可观测的宇宙中保持不变，但可能会有所变化。他提出了一个多宇宙的场景，其中可能存在我们看不见的宇宙斑块，它们的基本常数值不同。

引力的这种变化为Lombriser提供了一个附加方程，该方程将宇宙常数与整个时空中物质的平均和联系起来。在他考虑了宇宙中所有星系，恒星和暗物质的估计质量之后，他可以求解该新方程，从而获得宇宙常数的新值-一个与观测值非常吻合的值。

他使用一个新的参数ΩΛ（ωλ）来表达由暗物质构成的宇宙的一部分，他发现宇宙大约由74％的暗能量组成。这个数字与观察到的68.5％的值非常接近-大大超过了量子场论所发现的巨大差距。

尽管Lombriser的框架可能会解决宇宙常数问题，但目前尚无测试方法。但是将来，如果其他理论的实验验证他的方程式，那可能意味着我们对暗能量的理解有了重大飞跃，并提供了解决其他宇宙奥秘的工具。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

translate: 雨叮咚

author: Tim Childers

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原文地址：今日头条

redfree

真空的力是恒定的，也就是说水珠可以在太空中静止，而同样大小的铁珠绝不会静止，重力会使铁珠运动，至于怎么运动就要看场了。在太阳系太阳是能量的发射场，它会把行星吹到合适的位置，而真空量子又会不断地向太阳挤压流动，再加上地球重力从而达到平衡，也就是说如果没有太阳，行星就会合拢变成星云，或者掉入其它恒星轨道

kgd520

宇宙只有一个常数：∞

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。。。。这篇还可以

tiantian987

人心更彭胀