宇宙学常数

宇宙学常数是爱因斯坦场方程中的一个额外项，与度规成比例，其行为类似于空空间的均匀能量密度，并驱动宇宙加速膨胀。

Definition

宇宙学常数，记作Lambda，是添加到爱因斯坦场方程中的一个常数项，它为真空贡献了均匀的能量密度和等量级的负压，相当于最简单的暗能量形式。

Scope

本主题涵盖了宇宙学常数项的代数形式及其与能量-动量守恒的一致性，其作为具有负压的真空能量的解释，爱因斯坦最初提出静态宇宙的动机及其后来的撤回，其复兴以解释观测到的宇宙加速膨胀，以及宇宙学常数问题，即其与量子场论估计值之间存在的巨大差异。

Core questions

• 为什么可以在不违反守恒定律的情况下向爱因斯坦方程添加一个常数项？
• 宇宙学常数如何产生加速而不是减速膨胀？
• 为什么观测值比量子场论预测值小得多？

Key concepts

• Lambda项
• 真空能量密度
• 负压
• 加速膨胀
• 暗能量
• 宇宙学常数问题

Key theories

真空能量解释

宇宙学常数等同于均匀的真空能量密度，其压力等于该密度的负值，因此它产生一种排斥的引力效应，加速宇宙的膨胀。

宇宙学常数问题

量子场论预测的真空能量比观测到的微小值大几十个数量级，这种无法解释的差异是连接引力和量子物理学最深奥的难题之一。

Clinical relevance

对遥远超新星、宇宙微波背景和大规模结构的观测与一个小的正宇宙学常数相符，该常数构成了宇宙当前能量预算的大部分；它是一个真正的常数还是动态的暗能量是观测宇宙学的一个核心问题。

History

爱因斯坦于1917年引入Lambda以获得一个静态宇宙，但在哈勃发现宇宙膨胀后放弃了它，据称称之为他最大的错误；1998年，当超新星巡天发现宇宙膨胀正在加速时，它决定性地回归，使该常数作为暗能量的主要模型得以复兴。

Debates

常数与动态暗能量

宇宙加速是由真正的宇宙学常数还是由缓慢演化的场（精质）引起的，这在观测上仍未解决；区分它们需要精确测量暗能量密度如何随宇宙时间变化（如果变化的话）。

Key figures

• Albert Einstein
• Willem de Sitter
• Sean Carroll

Seminal works

• carroll2001
• carroll2004

Frequently asked questions

宇宙学常数和暗能量是同一回事吗？

宇宙学常数是暗能量最简单的可能形式，是一种具有固定密度的真空能量；“暗能量”是一个更广泛的术语，也包括动态模型，因此所有宇宙学常数都是暗能量，但并非所有暗能量都必须是常数。

为什么添加这个常数曾被称为一个错误？

爱因斯坦添加它是为了强制实现一个静态宇宙，这是当时普遍的假设；如果他相信未经修改的方程，他可能在宇宙膨胀被观测到之前就预测到了它，这就是他后来后悔这一举动的原因，尽管这个术语最终被证明是真实的。