爱因斯坦的最大困惑
前面提到的对超新星的观测仍然是有争议的,但它们表明宇宙学理论似乎需要进行大的改变。而另一方面我们有修正这个错误的现成方法,这个方法正是爱因斯坦提出的。第三章中提到,爱因斯坦通过引入宇宙学常数来修改他最初的引力理论。这样做的理由是他想要建立一套描述静态(即不膨胀的)宇宙的理论,尽管后来他对这样做表示了后悔。他的宇宙学常数改变了引力定律以阻止宇宙膨胀或收缩。在现代宇宙学理论中,可以引入宇宙常数使引力在大尺度上表现为排斥。如果这样做的话,引起加速膨胀的宇宙斥力将超过造成宇宙减速的物质间的引力。
这种解决方案首先要求人们承认宇宙学常数不是一个坏想法。现代理论也提供给我们一个新解释。在爱因斯坦的原创性理论中,宇宙学常数出现在描述了引力和时-空曲率的数学方程中。它是引力定律的修正。爱因斯坦可简捷地在方程的一侧加进宇宙常数这个项,由于这个方程是描写空时弯曲的几何性质(方程左侧)和物质能量动量分布(方程右侧)的关系,所以这个“声名不佳”的宇宙学常数具有真空能量密度的意义。真空具有能量听上去很奇怪,但是在本章前面我们已经涉及到了,它是引起暴胀所必需的。
在宇宙暴胀理论的早期版本中,原始相变释放的真空能在超爆结束后将消失。但是很可能现在仍存在少量的这种能量,正是这种能量使得引力是推而不是拉。这种真空能可能会引起宇宙加速的思想也可以使暴胀理论与Ω可能远小于1(如果空间平坦,Ω必为1)的证据一致起来。真空能使引力排斥而不是吸引,这虽然有悖常理,但是它至少能以与普通物质相同的方式来弯曲空间。如果我们的宇宙既有物质又有真空能,就拥有了一个平坦的空间而无需考虑弗里德曼模型要求的减速。
无论是否存在真空能,也无论Ω的值有多精确,我们仍然不能肯定地知道宇宙膨胀是否是加速的。但是这些思想最近几年已经在理论和实验方面都引起了强烈的反响。新一代的测量出现了,如果成功,将能回答前面的所有问题。对此将在下一章进行讲述。