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爱因斯坦的宇宙常数与暗能量相同吗

科学探索万象经验2023-05-08

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。

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。