“從未犯過(guò)錯(cuò)誤的人，也從未嘗試過(guò)任何新的事物?！薄獝垡蛩固?/p>

1915年末在愛因斯坦首次提出廣義相對(duì)論的時(shí)候，這個(gè)理論對(duì)宇宙時(shí)空的革命性構(gòu)想就遭到了眾多同行的強(qiáng)烈懷疑。而在往后的科學(xué)發(fā)展中相對(duì)論是被人們檢驗(yàn)和審查最嚴(yán)格的理論之一。

廣義相對(duì)論改變了我們的宇宙圖景

根據(jù)愛因斯坦的說(shuō)法，牛頓的引力只是一種錯(cuò)覺(jué)。物體之間并沒(méi)有真正的相互施加引力，從而導(dǎo)致物體的加速度和動(dòng)量的變化，而是整個(gè)宇宙都存在于一個(gè)時(shí)空框架中，物質(zhì)和能量的存在彎曲了時(shí)空結(jié)構(gòu)，而彎曲的時(shí)空導(dǎo)致物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的路線也發(fā)生了改變。

愛因斯坦的理論不僅在重力場(chǎng)較弱時(shí)可以簡(jiǎn)化為牛頓引力，而且還解決了困擾天文學(xué)家和物理學(xué)家近50年的水星軌道異常進(jìn)動(dòng)問(wèn)題。在1919年人們對(duì)廣義相對(duì)論進(jìn)行了第一次檢驗(yàn)，觀測(cè)到遙遠(yuǎn)星光的彎曲度符合廣義相對(duì)論的預(yù)測(cè)(不符合牛頓定律的解釋)，至此我們的宇宙圖景發(fā)生了革命性的變化。

愛因斯坦的宇宙常數(shù)

就是此時(shí)，引力方程的一個(gè)預(yù)測(cè)讓愛因斯坦產(chǎn)生了困擾。當(dāng)時(shí)人們認(rèn)為宇宙是由恒星組成的，其相對(duì)均勻的分布在整個(gè)宇宙空間中，位置不會(huì)發(fā)生改變，而且恒星被認(rèn)為是永恒的，不會(huì)隨著時(shí)間的推移而發(fā)生變化，這就是一個(gè)穩(wěn)恒態(tài)的宇宙模型！

但是，這種假象會(huì)給愛因斯坦提出了一個(gè)非常嚴(yán)重的問(wèn)題：引力方程預(yù)測(cè)出了一個(gè)不穩(wěn)定的宇宙解！如果有一個(gè)大致均勻的、不完美的物質(zhì)分布，那么時(shí)空就會(huì)因?yàn)槲镔|(zhì)的存在發(fā)生彎曲。一旦時(shí)空發(fā)生彎曲，那些比其他區(qū)域稍微多一點(diǎn)的物質(zhì)就會(huì)優(yōu)先吸引越來(lái)越多的物質(zhì)，并隨著時(shí)間的推移持續(xù)增長(zhǎng)!

最終的結(jié)果就是，所有這些質(zhì)量結(jié)構(gòu)的命運(yùn)，不管它們以什么形狀開始，最終都會(huì)形成一個(gè)黑洞！

這顯然不是我們宇宙的實(shí)際情況！在愛因斯坦的心理也有一個(gè)穩(wěn)恒態(tài)的宇宙，那么到底發(fā)生了什么？于是愛因斯坦就決定把宇宙穩(wěn)下來(lái)！

他知道引力定律并不會(huì)說(shuō)謊，那么就一定有什么東西沒(méi)有得到正確的解釋。愛因斯坦推斷，在大的星際尺度上，一定有什么東西在抵抗著引力。

愛因斯坦提出，空間本身有一種內(nèi)在能量，稱其為宇宙常數(shù)，其對(duì)宇宙的穩(wěn)定負(fù)責(zé)。宇宙常數(shù)會(huì)抵消大尺度上的物質(zhì)引力，并保證宇宙是靜止的。

現(xiàn)代的宇宙常數(shù)和愛因斯坦的區(qū)別

現(xiàn)在，我們快進(jìn)100年，看看現(xiàn)代宇宙圖景。

事實(shí)上，宇宙并不是靜止的，幾十億年以來(lái)一直在膨脹的。愛因斯坦所忽略的是，宇宙的大小遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我們自己的銀河系，其中包含了數(shù)千億個(gè)與我們銀河系相當(dāng)?shù)男窍?。這樣的宇宙規(guī)模是在廣義相對(duì)論提出數(shù)年后才被觀測(cè)到的，因此愛因斯坦在那時(shí)能想到這些問(wèn)題也是相當(dāng)?shù)牧瞬黄?！也許是后來(lái)人們杜撰的，愛因斯坦把引入宇宙常數(shù)稱為“最大的錯(cuò)誤”。

然而，自20世紀(jì)90年代末以來(lái)，我們已經(jīng)意識(shí)到宇宙確實(shí)有一個(gè)非零的宇宙常數(shù):那就是我們所說(shuō)的暗能量，用來(lái)解釋宇宙的加速膨脹!

你可能會(huì)認(rèn)為，因?yàn)橛钪娉?shù)確實(shí)存在，而且是非零值，因?yàn)榭臻g本身有一種內(nèi)在的能量，也許愛因斯坦根本就沒(méi)有犯錯(cuò)誤。

但是在物理學(xué)中，我們提出了新的理論機(jī)制不僅要解釋觀測(cè)到的現(xiàn)象，而且還要預(yù)測(cè)迄今未觀測(cè)到的新現(xiàn)象，這才是一個(gè)正確的理論物理學(xué)需要做到的事情！

但是愛因斯坦的宇宙常數(shù)在這兩個(gè)方面都完全失敗了。

愛因斯坦的宇宙常數(shù)不僅沒(méi)有成功地解釋，為什么我們星系中的恒星保持著大致穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)（因?yàn)樗鼈冊(cè)跍?zhǔn)穩(wěn)定的軌道上）而且也沒(méi)有預(yù)測(cè)到宇宙膨脹的現(xiàn)象。如果當(dāng)時(shí)愛因斯坦選擇了膨脹的宇宙解而不是用宇宙常數(shù)解來(lái)解決宇宙還沒(méi)有坍塌成黑洞的問(wèn)題，那么這在當(dāng)時(shí)又是一次最偉大的發(fā)現(xiàn)！

值得稱道的是，愛因斯坦坦然地向自己和全世界承認(rèn)，他的解決方案并不正確。即使在今天，回過(guò)頭來(lái)看，認(rèn)識(shí)到宇宙中確實(shí)存在一個(gè)宇宙常數(shù)/暗能量成分，愛因斯坦仍然是錯(cuò)的!

在物理或一般科學(xué)中，僅僅得到正確的答案是不夠的。你需要以正確的理由得到正確的答案。宇宙常數(shù)一直都存在，但它與愛因斯坦提出的宇宙常數(shù)存在的理由無(wú)關(guān)，也不像愛因斯坦提出的那么大。有時(shí)候舊的想法會(huì)以新的形式出現(xiàn)來(lái)解決新的難題。

這就是愛因斯坦的宇宙常數(shù)和現(xiàn)代宇宙常數(shù)/暗能量的區(qū)別！

總結(jié)：現(xiàn)代的暗能量/宇宙常數(shù)怎么來(lái)的

上圖是哈勃超深場(chǎng)，為我們揭示的宇宙星系。我們宇宙中包含了數(shù)千億個(gè)星系向各個(gè)方向延伸了大約460億光年。特別值得一提的是，目前有三組偉大的觀測(cè)結(jié)果可以為我們提供關(guān)于宇宙最大尺度的許多信息。

• 星系在最大尺度上聚集的方式

通過(guò)對(duì)宇宙星系大尺度結(jié)構(gòu)的觀察，我們可以看到宇宙中可見物質(zhì)是怎樣聚集在一起的，以及物質(zhì)沒(méi)有聚集到的地方。通過(guò)將各種已知的參數(shù)，例如：正常物質(zhì)、暗物質(zhì)、暗能量放入由廣義相對(duì)論控制的模型中進(jìn)行模擬，通過(guò)調(diào)節(jié)各種參數(shù)我們就可以模擬出宇宙中的結(jié)構(gòu)應(yīng)該如何形成。如果模擬和觀測(cè)結(jié)果吻合，就能告訴我們宇宙中應(yīng)該有什么。

• 宇宙微波背景下的溫度波動(dòng)

通過(guò)觀察微波輻射（CMB）中冷熱點(diǎn)的溫度波動(dòng)，我們可以知道宇宙中物質(zhì)密度是怎樣分布的（冷點(diǎn)密度高，熱點(diǎn)密度低），以及在宇宙只有38萬(wàn)年的時(shí)候，物質(zhì)是如何聚集在一起的。

因?yàn)楣庠谟钪娲嬖诘?strong>138億年里幾乎一直在傳播（傳播了宇宙歷史的99.997%)，所以我們就可以得到關(guān)于宇宙在38萬(wàn)年的時(shí)候是什么樣子的，以及從那以后宇宙是如何膨脹的。溫度的波動(dòng)模式還告訴了我們宇宙中各種成分的組合情況。

• 對(duì)宇宙中已知物體不同距離和紅移關(guān)系的直接觀測(cè)

從變星到星系的性質(zhì)，再到遙遠(yuǎn)的超新星，這一切都能幫助我們理解宇宙的距離階梯。并且直接告訴我們宇宙是如何膨脹的，得出來(lái)的結(jié)論顯而易見，宇宙在加速膨脹。

當(dāng)這三個(gè)數(shù)據(jù)集結(jié)合起來(lái)，我們得知宇宙中的物質(zhì)大約占了總質(zhì)能的31-32%(其中85%是暗物質(zhì))，那么剩下的68-69%就是暗能量了！