宇宙学常数
爱因斯坦场方程中的宇宙学项
宇宙学常数是爱因斯坦在1917年为构建静态宇宙模型而引入广义相对论场方程的附加项,其符号为Λ,代表时空本身的能量密度或真空能量。该常数产生的排斥力用于平衡物质引力收缩,使宇宙保持静态状态。
历史背景
1917年爱因斯坦修改广义相对论场方程。1927年勒梅特证明静态解具有固有数学不稳定性,1931年哈勃发现星系退行速度与距离成正比的观测事实后,爱因斯坦正式放弃该常数。
物理本质
约占宇宙总质能密度的68%。
现代观测验证
1998年两个独立研究团队通过Ia型超新星亮度距离测量,发现宇宙在约50亿年前开始加速膨胀。该现象与Λ产生的负压效应高度吻合,促使ΛCDM模型成为标准宇宙学框架。普朗克卫星观测数据表明,当前宇宙中暗能量(以Λ为主导)占比68.9%,冷暗物质占26.8%,普通重子物质仅占4.3%。
理论问题
宇宙学常数问题表现为量子场论预测量子真空能密度比观测值高120个数量级。巧合性问题则关注为何Λ恰好在当前宇宙时代开始主导宇宙膨胀。
解决方案探索
温伯格提出人择原理解释,认为值必须满足星系形成的必要条件。全息原理通过熵上限约束推导出Λ量级与观测值数量级相符。弦理论框架下的多重宇宙假说认为不同真空态对应不同Λ值,人类存在于允许生命出现的特定宇宙泡中。
争议与发展
黑洞宇宙模型尝试将解释为宇宙视界黑洞熵的宏观表现。暴胀理论中,早期宇宙的指数膨胀可能源自类似Λ的真空能状态。量子引力理论提出可能存在动态演化特性,其当前值可能与宇宙年龄相关。
最新修订时间:2025-10-27 10:47
目录
概述
历史背景
物理本质
现代观测验证
参考资料