一個世紀前愛因斯坦廣義相對論中提出的“宇宙學常數”是物理學家的“眼中釘”，該常數理論預測與基於天文觀測結果之間的差值約達10^121個數量級。這一預測被認為是整個物理史上最糟糕的預測，但這並不令人驚訝。在發表在《物理快報B》上的一項研究中，瑞士日內瓦大學科學家提出了一種似乎可以解決這種不一致的方法。研究的最初想法是接受另一個常數——牛頓的萬有引力G，它也是廣義相對論方程的一部分，可能會有所不同。
科學界已經積極地接受了這一潛在的重大突破，但仍然需要繼續進行，以便產生可以通過實驗證實(或駁斥)的預測。日內瓦大學科學院理論物理系助理教授盧卡斯·隆布里瑟說：研究包括對廣義相對論方程一種新的數學操作，最終使關於宇宙學常數的理論和觀測相協調成為可能。一個多世紀前，愛因斯坦在廣義相對論方程中引入了宇宙學常數Λ(λ)。愛因斯坦需要這個常數來確保理論與所認為是靜態的宇宙相兼容。
然而，在1929年，另一位物理學家埃德溫·哈勃發現，星系都在相互遠離，這是宇宙實際上正在膨脹的跡象。在瞭解到這一點後，愛因斯坦後悔自己引入了宇宙學常數，在他眼裡這個常數已經變得毫無用處，愛因斯坦甚至把它描述為“我一生中最大的錯誤”。
1998年，對遙遠超新星的精確分析提供了證據，證明宇宙膨脹，不是恆定的，實際上是在加速，就好像一種神秘力量正以越來越快的速度膨脹著宇宙。
為了描述物理學家所說的“真空能量”（一種性質未知的能量），宇宙學常數再次被調用，是宇宙加速膨脹的原因。對超新星，特別是宇宙微波背景（來自天空所有的微波輻射，被認為是宇宙大爆炸留下的）最精確的觀測，使得測量這個宇宙學常數的實驗值成為可能。結果是一個非常小的數字(1.11×10^-52 m^-2)，但仍然大到足以產生所需的加速膨脹效果。問題是宇宙學常數理論值有很大的不同。
這個值是使用量子場論獲得：這一點認為，在空間的每一個點和任何時刻，都會產生和破壞非常小規模的粒子對，幾乎是瞬間的。這種“真空漲落”能量（一種非常真實的現象）被解釋為對宇宙學常數的貢獻。但在計算其值時，得到了一個巨大的數值(3.83×10^+69 m^-2)，這與實驗值很大程度上不相容。這一估估測表了科學界理論與實驗之間迄今獲得的最大差距(10^121倍)。這個宇宙學常數問題是當前理論物理學中“最熱門”的課題之一。
很多科學家都在從四面八方的研究廣義相對論方程式，試圖挖掘出解決這個問題的思想。雖然已經提出了幾種策略，但目前還沒有達成普遍共識。Lombriser教授在幾年前就有了一個最初的想法，就是在愛因斯坦方程中出現的萬有引力G(牛頓)常數中引入一個變量。這意味著宇宙(G=6.67408×10^-11m^3/kgs2)成為無數不同理論可能性中的一個特例。在無數假設之後，隆布里瑟教授的數學方法意味著可以計算參數ΩΛ(Omega Lambda)，這是表達宇宙常數的另一種方式，但更容易操作。
這個參數還指定宇宙中由暗能量組成的當前部分（其餘部分由物質組成）。這位日內瓦物理學家獲得的理論值為0.704，即70.4%。這個數字與迄今為止獲得的最好實驗估計值0.685或68.5%非常一致，表明這比10^121的差異有了巨大改善。這一初步的成功現在需要進行進一步分析，以驗證Lombriser提出的新框架，是否可以用來重新解釋或澄清宇宙學的其他奧秘。這位物理學家已經被邀請在科學會議上介紹和解釋他的方法，這反映了科學社區所表現出的興趣。
博科園｜研究/來自：日內瓦大學
參考期刊《物理快報B》
DOI: 10.1016/j.physletb.2019.134804
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