爱因斯坦宇宙常数和宇宙中暗能量收稿日期:2004-11-10;修回日期:2005-05-11作者简介:奚定平(1946),男,江苏南京人,深圳大学理学院教授.专题介绍爱因斯坦宇宙常数和宇宙中暗能量奚定平,何晓微,曾丽萍(深圳大学理学院,广东深圳518060)摘要:综述了宇宙在加速膨胀的观察证据,从爱因斯坦场方程和动力学方程出发详细分析爱因斯坦引入宇宙常数在宇宙加速膨胀中的作用,探讨宇宙常数和宇宙中暗能量的关系.关键词:暗能量;宇宙常数;红移;哈勃定理;真空能中图分类号:P159;O412.1文献标识码:A文章编号:1010-0712(2005)10-0035-04爱因斯坦利用广义相对论的场方程建构宇宙模型,这个方程的解暗示着宇宙的大小正在改变,不是正在膨胀就是正在收缩.而爱因斯坦局限于当时对宇宙的认识,认为宇宙应该是静止的,因此他又在广义相对论引力方程中引入了一个宇宙项,叫宇宙常数,代表宇宙物质的一个成分.这个宇宙常数起的就是排斥力的作用.有了该常数之后,引力方程同时具备了引力和斥力,正好能够达到平衡,可让宇宙静止下来,以致方程的解给出一个稳定的宇宙模型.后来科学家重新计算爱因斯坦广义相对论场方程,得出即使引入宇宙常数,宇宙模型的解也是运动的.没过多久,上世纪20年代,天文学家哈勃(Ed-winHubble)从星系光谱的红移的观测中发现宇宙中所有的星系都在彼此远离退行,离我们越远的星系退行运动的速度越快,这一发现被总结为哈勃定理v=Hl(1)其中,v是星系退行速度,H是哈勃常数,l是星系离地球的距离.式(1)的线性关系只当l是在小尺度范围时才成立.最新的WMAP数据给出现时的哈勃常数H0=71km/(sMpc),误差约为5%[1].在得知哈勃的发现之后,爱因斯坦不得不放弃了他的观点,承认宇宙常数是他科学观点中一个最大的错误.近年来,科学家们一再通过各种观测和计算证实[2],暗能量在宇宙中占主导地位,约占73%,暗物质占近23%,普通物质仅约占4%.暗能量起着推动宇宙加速膨胀的作用.从理论上讲,宇宙常数在场方程中起着暗能量的作用.被爱因斯坦当初认为是错误的并让他极为懊悔的宇宙常数竟然是极有道理的.1暗能量的观测依据11018年,两组天文学家分别独立地观察极远处的超新星,测量超新星的距离和红移,企图证明由于物质的引力作用使宇宙的膨胀速率逐渐减慢.但是,令他们吃惊的是,观察结果表明宇宙在加速膨胀.超新星即爆炸中的恒星,它的亮度是几十亿颗太阳亮度的总和.特殊的一类超新星是IA类型的超新星,它们具有相同内禀的光度.我们肉眼所感觉到的光度表示着它离我们的距离.就像两根蜡烛,它们的光度一样,但离我们近的就会显得亮些,离我们远的就会显得稍微暗些.测定超新星的亮度,可以用来判断宇宙膨胀的速率.这是因为这种超新星的内禀光度是近似均匀的,在宇宙减速膨胀中诞生的星体,其发出的光到达地球时,该星体和地球之间的距离由于膨胀减速的原因要比预计的近,因而地球上的观测者会发现其光要比预计中更亮.同理,在宇宙加速膨胀中诞生的星体,其发出的光到达地球时,该星体和地球之间的距离由于膨胀加速的原因要比预计的远,因而地球上的观测者会发现其光要比预计中更暗.其后,利用哈勃太空望远镜和其他地面观察仪器对更多超新星观察(300多个)表明,宇宙的膨胀很可能经历一个先减速、后加速的过程,这个重大的转变大约发生在70亿年前.宇宙膨胀加速的过程证明宇宙中确实存在负引力,它的作用表现为排斥力.这里产生负引力的能量称为暗能量.如图1所示.第24卷第10期大学物理Vol.24No.102005年10月COLLEGEPHYSICSOct.2005本文来源：网络收集与整理，如有侵权，请联系作者删除，谢谢！