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一口气搞懂暗能量的前世今生

宇宙模型
在目前物理学和天文学研究的前沿领域，引力波、暗物质、暗能量、中微子是最重要的研究方向。在研究宇宙的过程中，天文学家是利用模型思想来做研究的。研究宇宙整体演化的模型被称为标准宇宙模型。这个模型从最早的托勒密完善的地心说模型，再到哥白尼完善的日心说模型；
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再到爱因斯坦提出的“有限无边静态宇宙”模型；乃至后来逐渐发展起来的膨胀宇宙模型，再到大爆炸模型。
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最终到如今以大爆炸模型为基础的Λ-DCM模型。在这个最新的宇宙模型当中，DCM代表的是暗物质，而Λ是希腊字母，小写表示方法是λ，读音是“拉姆达”，代表的是宇宙膨胀的速率变化程度，它其实就和暗能量有关系。那暗能量到底是什么？在哪里？有什么用？
今天，我们就来聊一聊这个话题。
宇宙学常数Λ的前世
话说，在1666年，当时正值伦敦爆发瘟疫，牛顿躲到了自己的乡下老家，专心研究学术，这一年也被称为牛顿奇迹年。在这一年，牛顿发明了微积分，他当时管这个叫做流数；同时完成了光学研究的实验解析部分，给后来万有引力定律的工作奠定了基础。
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到了1687年，牛顿正式发表了著作《自然哲学的数学原理》。在这本书中，牛顿详细阐述了万有引力定律，他认为万物之间都存在着彼此吸引力的力，一种超距作用。通过万有引力定律，牛顿统一了天上和地上的物理学规律。但是，关于“万有引力是一种超距”这个问题上，其实并没有解释得很清楚，一直以来都有很多的学者在思考万有引力的本质到底是什么？
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到了1905年，科学界又迎来另一个奇迹年，被称为爱因斯坦奇迹年。在这一年，爱因斯坦发表了四篇具有开创性的论文，其中就包括大名鼎鼎的狭义相对论。
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在狭义相对论中，爱因斯坦统一了时间和空间，他认为不应该把时间和空间分开来看，而应该合并起来看，将其并称为时空，我们所生活的世界就是一个四维时空。狭义相对论其实针对的是惯性参考系，我们可以理解成是针对平直时空的运动学规律。
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那弯曲的时空又是什么样子的呢？
从1905年到1915年，爱因斯坦就一直在潜心研究这问题，最终他提出了广义相对论。在广义相对论中，爱因斯坦提出了一个著名的“等效原理”，他认为，重力场和（适当）加速运动的参考可以相互等价，这里的加速运动的参考系可以理解成弯曲的时空。通过这个方式，爱因斯坦统一了重力场和加速运动。
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于是，很容易得出这样一个结论，那就是引力的本质其实就是弯曲的时空。
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举个最简单的例子，月球之所以绕着地球转，实际上就是因为地球压弯了时空，月球只是沿着时空的测地线在运动而已。
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关于广义相对论，爱因斯坦给出了一个著名的广义相对论重力场方程，但是当他仔细琢磨这个方程时，他就很纳闷，这个方程预示着宇宙正在膨胀。但是爱因斯坦本人一直持有的观点是宇宙是静态的。于是，他在方程当中加入了宇宙学常数Λ，把膨胀的效应抵消掉，并提出了他构想的宇宙模型：有限无边静态宇宙模型。
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但是爱因斯坦很快迎来了双重打脸。首先出手的是一个叫做勒梅特的神父，当然，他其实还是一个物理学家。他在研究爱因斯坦这个方程时，就发现爱因斯坦夹带的“私货”。于是，他就提出了异议，他认为宇宙就是应该膨胀的。
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紧接着，天文学家哈勃通过观测再度打脸爱因斯坦。具体来说是这样的，哈勃在观测银河系外的星系时，发现大多数的星系都在发生红移。所谓红移说明了星系在离我们远去，后来经过更加细致的研究，科学家证实了宇宙正在膨胀。

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