宇宙学常数与真空能

最简单的暗能量形式是空无空间的一种恒定能量，即爱因斯坦的宇宙学常数，但其观测值远小于理论预测值。

Definition

宇宙学常数是爱因斯坦场方程中的一个常数项，对应于具有负压的均匀真空能量密度；它被认为是暗能量，产生加速膨胀，其观测值比理论预期值小许多个数量级。

Scope

本主题涵盖了爱因斯坦方程中的宇宙学常数及其作为真空能量密度的解释，恒定的负压分量如何驱动加速，以及观测值与量子场论估计值之间巨大不匹配所带来的宇宙学常数问题。

Core questions

• 什么是宇宙学常数，它与真空能有何关系？
• 为什么恒定的真空能会导致加速？
• 为什么宇宙学常数问题如此严重？

Key concepts

• 宇宙学常数
• 真空能
• 负压
• 状态方程w等于负一
• 宇宙学常数问题
• 人择原理
• Lambda-CDM

Key theories

作为Lambda的真空能

量子场论预测真空携带有能量，其引力作用类似于具有负压的宇宙学常数，为广义相对论中的暗能量提供了一个自然的候选者。

宇宙学常数问题

粒子物理学对真空能的估计值比观测到的暗能量密度高出数十个数量级，这种差异是连接引力与量子理论的最深层未解决问题之一。

Mechanisms

宇宙学常数对应于一种不随宇宙膨胀而稀释的能量密度；由于其压力等于其能量密度的负值，一旦它占据主导地位，第二弗里德曼方程就会给出加速膨胀，而量子场的零点能之和则产生一个远大于观测值的值。

Clinical relevance

宇宙学常数是标准Lambda-CDM模型的基础，并符合所有当前数据，但其值无法解释的小巧性处于宇宙学、粒子物理学和量子引力的交叉点，激发了从超对称性到多重宇宙的各种思想。

History

爱因斯坦于1917年引入了该常数，后来对此表示遗憾；在膨胀被发现后，它在很大程度上被搁置，但泽尔多维奇在1960年代将其与真空能联系起来，温伯格在1989年使问题更加尖锐，1998年加速膨胀的发现使一个小的正值重新成为焦点。

Debates

为什么Lambda如此之小但非零？

解释宇宙学常数微小但非零的值，促使人们提出了从未知抵消机制到多重宇宙中的人择选择等各种建议，但这些都尚未确立，问题仍然悬而未决。

Key figures

• Albert Einstein
• Steven Weinberg
• Yakov Zeldovich
• Wolfgang Pauli

Seminal works

• weinberg1989

Frequently asked questions

宇宙学常数与暗能量相同吗？

宇宙学常数是暗能量最简单的可能形式，即一种恒定的真空能；暗能量是一个更广泛的术语，也包括动态替代方案，因此该常数是暗能量的一种特定且目前受青睐的模型。

为什么宇宙学常数问题被称为物理学中最糟糕的预测？

因为对真空能的朴素量子场论估计值比观测值高出约120个数量级，这是理论与观测之间前所未有的不匹配，目前还没有公认的机制来解决。