这个关乎宇宙命运的难题，源自爱因斯坦的“错误”( 二 )
第一个注意到不对劲的人是物理学家沃尔夫冈·泡利（Wolfgang Pauli）。他在20世纪20年代就发现这种能量太大了，以至于宇宙膨胀过快，来自于邻近天体的光都无法赶上膨胀的速度。泡利发现，整个可观测宇宙大小“甚至无法达到月球”。第一位正式计算宇宙学常数值的人是雅科夫·泽尔多维奇（Yakov Zeldovich）。基于量子理论对真空能的预言，他在1967年发现真空能会使宇宙学常数非常巨大。但是当时，科学家普遍认为宇宙以稳定或者减小的速度膨胀，因此大部分人相信宇宙学常数应该是零。由此，宇宙学常数问题诞生了。
30年后，当科学家逐渐认识到宇宙的膨胀是加速的，该问题并没有得到解决。我们所观测到的宇宙膨胀加速度的大小，虽然在当时的确令人震惊，但与量子理论的预言想比还是小巫见大巫。在某种程度上来说，重新引入宇宙学常数项反而让这个困扰人们的问题更加糟糕了。之前我们只需要思考为什么这个常数应该精确地等于零，但现在我们需要思考的是，这个常数为什么仅仅比零大一点，这更加令人头疼。
丰富的理论
虽然有大量的物理学家怀着热枕之心，试图解决这个棘手的问题，但令人失落的是，目前的进展非常缓慢。自从泽尔多维奇指出这个问题已经过去50多年了，可迄今为止，还没有一个站得住脚的、被人们接受的解释。大多数用于解决宇宙学常数问题的方案可以归为3类：修改广义相对论的场方程来描述宇宙膨胀，修正量子场论方程给出合理的真空能预言，以及考虑一些全新的东西。
文章插图
宇宙学常数问题是物理学中一个重要的未解之谜：作为爱因斯坦广义相对论场方程中的一部分，该常数的值似乎远远小于理论的预言。这个谜团的核心存在三个互相缠绕的概念——真空能（无物质的空间自带的能量）、暗能量（导致宇宙加速膨胀的原因）和宇宙学常数本身。
修改广义相对论可以改变宇宙学常数所扮演的数学角色，或者完全把它移除。比如，得克萨斯大学奥斯汀分校的理论物理学家凯瑟琳·弗里兹（Katherine Freese）和同事就试图通过改变广义相对论的计算，来消除宇宙加速膨胀对宇宙学常数的依赖。弗里兹说：“物质和光子成分可能已经足够了，不需要加入任何在场方程中的扮演其他角色的新成分。”在她的模型中，除了我们可观测的四维时空之外，还要考虑额外的维度，而这些额外的维度可能隐藏在我们的视野之外。
如果广义相对论并不是问题所在，那么或许量子力学才是。一些理论物理学家认为，计算真空能的量子场论方法或许有问题。德国莱比锡大学的斯特凡·霍兰兹（Stefan Hollands）和同事对将正则量子方程用于弯曲时空表示质疑，他们认为该方程仅适用于平坦空间内。如果物理学家能够修正在弯曲时空下的正则量子方程，就能解决宇宙学常数的问题。
不过，解决该问题需要的可能不仅仅是在数学上巧妙地修改传统方程。近期，加利福尼亚大学戴维斯分校的史蒂夫·卡利普（Steve Carlip）提出了一个非主流的观点，他认为时空从根本上说是由“泡沫”构成的。在他的物理图景中，空间曲率总是在远远小于我们探测极限的尺度上不断涨落。所有这些极小尺度的涨落会构成复杂的拓扑结构，很大程度上抹除了大部分由宇宙学常数带来的影响，使其在局部尺度上难以表现出来。
另外一个非常著名却让人讨厌的宇宙学常数解决方案被称为人择原理（anthropic principle）。这个方案认为，我们宇宙中的宇宙学常数的确拥有一个可能性极低的值，并将其解释为我们生活在一个多元宇宙中。如果我们的宇宙只是宇宙海洋中的一个泡泡，而海洋中每一个泡泡里的物理规律和常数都存在差异，那就肯定存在一个拥有这样宇宙学常数的宇宙。更重要的是，大多数的泡泡并不能像我们的宇宙一样，允许星系、恒星、星系或是生命存在，因此我们发现自己身处极小概率的离群值里，也是预料之中的事情了。弦论学家试图通过这套逻辑从根本上解决宇宙学常数问题，不过，其他的物理学家则认为这是站不住脚的理念。
常数还是精质？
宇宙学常数仍旧是对导致宇宙加速膨胀的暗能量最好的解释。但是如果暗能量其实与宇宙学常数，或者说真空能一点关系都没有呢？在这种情况下，暗能量可能正是精质（quintessence，又译作第五元素）的表现形式。
精质这个概念的提出是为了解释宇宙的加速膨胀。精质是某种形式的能量，它遍布整个空间，具有负压强，会随着时间变化。精质理论的一个分支是幻能量（phantom energy），即一种假想中的能量，其密度随着宇宙年龄增长而增加，直到空间因失控的膨胀而被撕裂，粒子间距趋于无限大，最终出现“大撕裂”。
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