爱因斯坦的宇宙常数与暗能量相同吗

当爱因斯坦的广义相对论问世时，他发现了一个令人不安的问题：宇宙是不稳定的。如果宇宙开始于一个静止的时空，它就会自身坍缩。为了解决这个问题，爱因斯坦发明了一个宇宙常数。

我们须理解宇宙常数的概念是从哪里来的

有一个非常强大的数学工具，我们在物理中经常使用：微分方程。这个方程会告诉你下一时刻某物的行为，然后一旦那个时刻过去了，你可以把这些新的数据放回同一个方程中，它会继续告诉你下一时刻会发生什么。

例如，微分方程会告诉你一个球从山上滚下来时会发生什么。它告诉你球会走什么路径，会如何加速，以及它的位置在每时每刻是如何变化的。只要解出描述球滚下山的微分方程，你就能精确地知道它的轨迹。

微分方程几乎能告诉你所有你想知道的关于“球从山上滚下来”的信息，但有一件事它不能告诉你：地面的基准面有多高。你无法知道你是在高原上的山还是在海平面上的山，在这两种海拔高度上，一座相同的山可以用完全相同的微分方程来描述。

同样的问题也出现在微积分中，当你解不定积分时，你必须在最后加上常数C。爱因斯坦的广义相对论不只是一个微分方程，而是一个由16个微分方程组成的矩阵，其中10个微分方程相互独立。但对于每一个微分方程，你都可以用一种特殊的方式加一个常数，也就是我们所说的宇宙常数。这是唯一一种不会从根本上改变爱因斯坦理论的东西。

爱因斯坦在他的理论中加入了一个宇宙常数，不是因为它是被允许的，而是因为对他来说，它是首选。在没有加入宇宙常数的情况下，他的方程预测宇宙要么在膨胀，要么在收缩，而这在当时的观测条件下显然没有发生。

问题是，宇宙常数不同于我们已知的其他类型的能量。当宇宙中有物质时，粒子的数量是固定的。当宇宙膨胀时，粒子的数量保持不变，所以密度随时间下降。对于辐射来说，当辐射穿过膨胀的宇宙时，它的波长相对于某天将接收到它的观察者来说也拉长了：它的密度下降，每一个单独的量子也随着时间失去能量。
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但对于宇宙常数来说，它是空间固有的一种恒定形式的能量。如果我们回溯到宇宙更年轻、更热、密度更大、体积更小的时候，宇宙常数就不会被注意到。它会在早期被物质和辐射更大的影响所淹没。只有当宇宙膨胀和冷却，使物质和辐射密度降至足够低的值时，宇宙常数才会最终出现。

暗能量是宇宙常数吗

当我们讨论暗能量时，它可能是一个宇宙常数。当然，当我们采用迄今为止的所有观察结果时，我们发现暗能量与宇宙常数是一致的，因为膨胀率随时间变化的方式，在不确定性内，与宇宙常数的作用是一致的。

但这里存在不确定性，虽然我们对过去60亿年左右的暗能量演化有限制，但我们不能肯定地说暗能量是一个常数。

当然，我们想知道它是否为常数。在各种距离对宇宙进行采样是关键，因为光在穿过膨胀的宇宙时演化的方式使我们能够确定膨胀率是如何变化的时间。如果它正好等于一个宇宙常数，那么它就会遵循一条特定的曲线；如果没有，它将遵循不同的曲线，我们将能够看到这一点。