宇宙學常數問題，或稱真空災變（英語：Vacuum catastrophe From Wikipedia, the free encyclopedia） VS愛因斯坦一生最大的「錯」？？《中国科學報》

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宇宙學常數問題，或稱真空災變（英語：Vacuum catastrophe），是當今物理學界中待解決的謎團之一，是指理論與觀察之間的一個巨大落差：根據量子場論的推算，真空中的零點能量應該非常龐大，但實際觀測到的真空能量值卻小得多，兩者相差極大。由於真空能量值是計算宇宙學常數的一個關鍵值，若對真空能量的估算出現偏差，整個宇宙模型也會隨之不同。^[1]

雖然該能量的理論值依據不同的理論條件（例如普朗克能量上限）而有所變化，但科學家在計算後仍然發現兩者之間的差距高達50到120個數量級。^[2][3] 物理學界認為這漾的差異是科學史上理論與實驗最嚴重的不符，^[2]甚至有人稱之為「物理學史上最差勁的理論預測」。^[4]

背景

"Vacuum catastrophe" redirects here. For other uses, see Vacuum catastrophe (disambiguation).

Beyond the Standard Model
Simulated Large Hadron Collider CMS particle detector data depicting a Higgs boson produced by colliding protons decaying into hadron jets and electrons
Standard Model
Evidence
Theories
Supersymmetry
Quantum gravity
Experiments
v t e

Unsolved problem in physics:

Why is the vacuum energy density much smaller than a zero-point energy suggested by quantum field theory?

(more unsolved problems in physics)

Beyond the Standard Model
Simulated Large Hadron Collider CMS particle detector data depicting a Higgs boson produced by colliding protons decaying into hadron jets and electrons
Standard Model
Evidence
Theories
Supersymmetry
Quantum gravity
Experiments
v t e

Unsolved problem in physics:

Why is the vacuum energy density much smaller than a zero-point energy suggested by quantum field theory?

(more unsolved problems in physics)

In cosmology, the cosmological constant problem or vacuum catastrophe is the substantial disagreement between the observed values of vacuum energy density (the small value of the cosmological constant) and the much larger theoretical value of zero-point energy suggested by quantum field theory.

Depending on the Planck energy cutoff and other factors, the quantum vacuum energy contribution to the effective cosmological constant is calculated to be between 50 and as many as 120 orders of magnitude greater than has actually been observed,^[1][2] a state of affairs described by physicists as "the largest discrepancy between theory and experiment in all of science"^[1] and "the worst theoretical prediction in the history of physics".^[3]

馮睎乾十三維度

愛因斯坦一生最大的「錯」

日前，《中国科學報》 有一則看來很聳動的新聞，標題為「出大事了，中国天文學家證明愛因斯坦可能錯了！」但未看內文我已經笑了，因為這句話根本沒有邏輯。何謂「證明⋯⋯可能錯了」？若已「證明」愛因斯坦錯了，就不必再說「可能」；若只是「可能」有錯，那你實際上並沒「證明」什麼。

愛因斯坦的相對論至今已提出超過一世紀，其間經過無數次的驗證，而每次國際天文學界有新發現，都只是反覆證明「愛因斯坦又中」而已。這次，中国天文學家到底挑出什麼錯誤呢？

4月9日，中国国家天文台發布一項研究，他們基於「暗能量光譜儀（Dark Energy Spectroscopic Instrument，簡稱DESI）」的相關資料，發現「暗能量（dark energy）」隨時間而變化，不是像愛因斯坦假設的「宇宙學常數（cosmological constant）」那樣一成不變。如果宇宙學常數不是常數，愛因斯坦不就是錯了？

事實上，根本不用勞煩中国天文學家出來「糾正」，愛因斯坦本人早於1931年就已放棄「宇宙學常數」這個假設，其後還跟友人（如George Gamow）說過，這是他一生「最大的錯誤（the biggest blunder）」。如果中国人現在真的能夠「證明」宇宙學常數是錯，其實還是證明愛因斯坦對了——證明他認錯是對的。

愛因斯坦第一次把宇宙學常數寫進他的宇宙模型，是1917年。當時他發現根據廣義相對論計算，宇宙應該在縮小，像被重力拉着往回跑。然而那個年頭，大家都深信宇宙是靜止的，就連愛因斯坦這位勇於顛覆既有觀念的智者也未能免俗，不想打亂宇宙的平靜。所以他把心一橫，往自己的方程式裏塞了一個新東西，叫「宇宙學常數」，代號Λ（唸成 Lambda），彷彿拿膠帶黏住理論的破口，然後跟全宇宙說：「不要動，你給我安靜地躺平下去。」

這個Λ，簡單來說，可以理解為遍佈宇宙真空的固定能量密度。在愛因斯坦最初的構想中，宇宙學常數的作用是抵消重力影響，確保宇宙處於既不膨脹也不收縮的穩定狀態。但到了1929年，哈勃（Edwin Hubble）發現宇宙其實正在膨脹，馬上顛覆了全世界的認知。事實勝於雄辯，愛因斯坦這才發現，自己用來給宇宙「維穩」的常數是多餘的。1931年，愛因斯坦修訂了他的宇宙模型，從善如流，將那個可疑的宇宙學常數丟進垃圾桶。

也許宇宙（或上帝）真的很喜歡跟人類開玩笑，當全世界都以為愛因斯坦也犯錯時，宇宙學常數卻在大半個世紀後離奇「復活」了——不過這次它並不是拿來令宇宙靜止，而是用來為「暗能量」代言。時間快轉到1998年。天文學家本來以為宇宙膨脹速度會慢下來，但他們觀測一些遙遠的超新星時，卻發現它們正在加速飛走，也就是說，宇宙正在加速膨脹！

是什麼驅動宇宙加速呢？科學家於是提出「暗能量」這個概念作解釋。通過計算，科學界普遍認為暗能量佔當今宇宙所有能量物質總和的70%左右。換言之，我們的宇宙有七成是由暗能量組成，而這七成到底是什麼，至今還沒有人（或AI）說得清。這麼奧妙的東西，應該怎樣寫進宇宙的方程式呢？這時，大家便從垃圾堆中翻出那Λ常數，小心翼翼重新供奉——它也許不是愛因斯坦的錯誤，而是被誤會了大半世紀的「神預言」。

這個宇宙故事，越說越玄妙。有人用量子場論算一下Λ的值，卻發現這個理論值跟實際觀察到的數值，居然相差10^120倍（即1字後有120個零）。什麼意思呢？不妨打個譬喻：科學家根據理論算出來的宇宙學常數是超級大的，就像十個宇宙加起來那麼大，但實際上觀測到的數值，卻只有一粒沙那麼小！你期待的是幾個宇宙，結果上帝只給你一粒沙，彷彿在調侃人類的自以為是。

看到這裏，你應該明白宇宙學常數這回事，本來就有很多糾纏不清的問題，跟現實落差很大，何況愛因斯坦也早已認錯，把這個常數棄如敝屣，而1998年後「被復活」的宇宙學常數2.0，意義和功能又偏離愛因斯坦原意很遠——愛因斯坦的時代，根本不知道有暗能量——在這樣的歷史背景下，你說中国科學家「證明」愛因斯坦「可能錯了」，分明是誤導讀者。

當然，中国天文學家團隊也是有貢獻的，但我想補充一點：他們賴以研究的資料來自DESI，而DESI 是由美國能源部資助、柏克萊實驗室 （Lawrence Berkeley National Laboratory）主導的大型國際合作計畫。中国團隊的確有份參與，但那個探測暗能量影響的強大儀器，是安裝在美國亞利桑那州的Mayall望遠鏡上。即使真的「證明」愛因斯坦錯了，中国團隊還是要跟美國say thank you。

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