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什麽是宇宙常數?

宇宙誕生於大約6543.8+037億年前的大爆炸中,此後壹直在膨脹。據觀察,宇宙的膨脹正在加速,這表明宇宙中存在壹種排斥力,它可以抵抗重力,使空間膨脹和星系相互遠離。科學家使用宇宙常數來表示這種排斥力。

根據量子理論,真空並非完全虛無。它還具有能量,這種能量被稱為真空零點能,正是這種能量提供了宇宙常數的排斥力。然而,理論計算的宇宙常數非常大,比觀測到的宇宙常數大10倍。

換句話說,從理論上講,宇宙中應該存在強大的排斥力,這使得粒子無法結合在壹起形成原子,更不用說恒星、行星和生命了。宇宙常數的理論值和觀測值之間的巨大差異是困擾物理學家的壹個主要問題,它關系到我們為什麽能夠存在。有人提出宇宙常數會隨著宇宙年齡的增長而減小,但計算結果表明,宇宙常數從理論值減小到觀測值所需的時間遠遠超過了宇宙年齡。

美國普林斯頓大學物理學家保羅·斯坦哈特和英國劍橋大學教授尼爾·圖羅克提出了壹個新觀點,認為宇宙並不是只存在壹次,而是處於大爆炸(誕生)和大坍縮(毀滅)的連續循環中,宇宙常數會隨著每個循環而縮小。

斯坦哈特和圖羅克在最新壹期《美國科學》雜誌上發表論文稱,宇宙誕生和毀滅的每個周期將持續約1萬億年。每次大爆炸發生時,宇宙中的質量和輻射都會被“重置”,但宇宙常數不會被重置,而是會通過多個周期中的壹系列量子變換而逐漸減小。因為宇宙的這個“輪回”是無限的,所以宇宙常數有足夠的時間還原為當前值。

這兩位科學家說他們的理論可以被檢驗。根據預測,宇宙大爆炸將在太空中產生引力波,真空中零點能的衰減將產生新的基本粒子。通過探測引力波和這樣的基本粒子,可以通過與理論預期進行比較來檢驗循環宇宙模型是否正確。