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爱因斯坦的方程揭示了宇宙应该是演化的而非静止的,这促使他引入宇宙学常数以维持当时人们所接受的宇宙图景。图片来源:库存图片
暗能量重新启用了爱因斯坦曾抛弃的宇宙学常数,并重塑了宇宙的主流模型。
阿尔伯特爱因斯坦刚完成他的广义相对论不久,这一理论框架改变了物理学对引力的理解。他很快将这些方程应用到一个更宏大的问题上:宇宙是如何随时间变化的。
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引力是自然的起点。宇宙平均而言是电中性的,因此电磁力无法解释其在最大尺度上的行为。爱因斯坦当时也对强核力和弱核力一无所知(公平地说,当时没人知道),但这两种力都只在极短距离内起作用。
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宇宙学因此始于引力。一旦物理学家将物质和能量汇聚成他们称之为宇宙的东西,他们就可以用爱因斯坦方程来探究它应该如何演化。这个答案让他感到惊讶。广义相对论自然描述了一个动态的宇宙——要么膨胀要么收缩,而当时主流科学观点认为宇宙是静态的,并且在其整个历史中都没有变化。
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爱因斯坦让宇宙静止
爱因斯坦没有接受他的方程所暗示的结果,而是调整了方程以符合他那个时代的观测结果和假设。他引入了一个宇宙学常数,用希腊字母Lambda表示,广义相对论本身已经允许这种常数的存在。这个常数是一种内置于时空本身的引力效应,即使在其他方面空无一物的空间中也存在。根据其数值的不同,它可以产生引力或斥力。爱因斯坦选择了一个能抵消物质引力的数值,使得他的宇宙模型保持稳定。
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仅仅几年后,埃德温哈勃发现了宇宙正在膨胀,其