宇宙学常数的巧合

另一个真正的宇宙巧合与宇宙的膨胀速度有关。广义相对论方程描述了引力、物质、空间和时间之间的关系。这意味着，这些方程可以准确描述宇宙的膨胀。该方程可以加入一个常数，称为 宇宙学常数 。前文中我们已经遇到过这个常数，并且用希腊字母兰布达（lambda）（Λ）表示。直到最近，这个常量似乎可以设为零。如果不加入宇宙学常数，这些方程就会把宇宙描述为：宇宙从大爆炸诞生以后，就不断膨胀，随着时间的推移和引力对膨胀的阻碍作用，这种膨胀会放缓。这一过程就像把一个球抛到空中，开始的时候，它会快速移动，但由于引力的牵引，它会减速。但 20 世纪 90 年代末，对遥远星系的观测表明，相对来说，就是在不久前（与宇宙的年龄相比），这种膨胀已经开始加速。解释这一点的最简单和最自然的方式，就是假设确实存在一个数值很小但不为零的宇宙学常数。

在这些描述重力、空间、时间和物质的行为方式的方程中，宇宙学常数可以衡量空间的某种弹性，这种弹性类似于一个压缩弹簧的弹性——真空本身具有的一种能量，该能量使得空间膨胀。该能量有时也被称为Λ场（Λfield）。宇宙学家认为，宇宙诞生时存在着与Λ场非常相似的能量，这种能量在宇宙诞生之时，给宇宙施加了一种更强大但很短暂的向外推力，正是这种推力促使宇宙不断膨胀。所不同的是，宇宙学常数很小，而且自从宇宙大爆炸以来，每立方厘米空间中的宇宙学常数似乎都是相同的。

当宇宙还很年轻、高密度物质挤压在一起时，引力的力量大大超过了真空的弹性，宇宙的膨胀几乎与爱因斯坦不带宇宙学常数的方程所描述的完全相同。但是，随着宇宙的膨胀，物质的密度已经下降，这意味着随着时间的流逝，每立方厘米空间中的引力作用已经下降。最后，会下降到一点，在这一点上试图减缓宇宙膨胀的引力，与跟宇宙学常数密切相关的力，即，使宇宙加速膨胀的力，相比会变小。这一过程发生在数十亿年前——现在仍然需要进行大量观测才能知道它发生的确切时间。

像所有能量一样，Λ场也有质量。通过对宇宙膨胀方式的观察，宇宙学家计算出，每立方厘米空间中的Λ场的质量相当于 10 ^-29 克，也可以说，在每立方米空间中，Λ场质量相当于 4 或 5 个氢原子的质量（请记住，1 立方米等于 100 万立方厘米）。宇宙刚刚经历了从减速向加速的转换，因为目前宇宙中物质的密度比这一数字稍小一点（约三分之一那么大），但粗略地讲，物质的密度和Λ场的密度基本相同。这是宇宙史上一个独一无二的时代，宇宙学常数有许多谜团，而我们为什么会碰巧处于这个特殊的时刻，就是其中之一。

更难解的谜团是，为何Λ场的能量如此之小？那些描述粒子和场的行为的方程允许Λ场的存在，Λ场与量子的不确定性相关。麻烦的是，这些方程得出的Λ场的最自然的值是非常巨大的——它比真实的Λ场大 10 ¹²⁰ 倍。然而正是这种寿命短暂的场完美地解释了宇宙是如何开始膨胀的，所以物理学家对这些方程充满信心。他们很乐意接受值很大的Λ场，也乐于接受值恰好为零的Λ场（在这些方程中，总是容易得到一些常量，可以把这些常量抵消，使之恰好为零），从基本原理角度看，很难解释为什么应该有一个值很小但并不完全为零的宇宙学常数。这些方程允许这种常数的存在，但它们不太可能会这么小。

答案可能与我们的存在有关。如果宇宙学常数比它实际的数值稍微大一点点的话，Λ场所产生的 宇宙斥力 从宇宙诞生初期就会主宰整个宇宙，从而战胜引力并阻止云状物质坍缩成恒星、星系、行星和人类。我们之所以会在这里，是因为宇宙学常数较小。这种认识促使人们用一种人择的观点来解释Λ场的观测值。这种人择观点最初是由史蒂芬·温伯格（Steven Weinberg）提出的，20 世纪 90 年代中期以后，其他研究者对它进行了改进，特别是亚历克斯·威廉金（Alex Vilenkin）。

怎样才能拥有一个允许智慧的观察者存在并让他们苦心思索上述问题的宇宙呢？人择观点认为要想拥有这样的宇宙，你需要一个非常小的宇宙学常数，在星系即将或刚刚形成之初，这个宇宙学常数应该小到足以主宰宇宙的膨胀。这个常数可以是小于这个限制（即足以主宰宇宙膨胀）的任何值，但如果你可以从各种各样的小于这个限制的值中，“选择”一个值的话，有统计论据表明，最可能的值不会比这个 人择限制 小很多。同一个统计论据还预测，如果你从人群中随机选择一个人，这个人是个矮子的可能性并不大。因此，当我们发现我们所生存的宇宙中的宇宙学常数比其可能的最大值稍微小一点，而不是小很多，而且它允许智慧的观察者存在的时候，我们不应感到惊讶。这就是亚历克斯·威廉金常说的“地球般平庸原理”的一个例子。毫无疑问，允许星系存在的Λ场，其可能的最大的值是与某一密度相符的，这一密度大约为当今宇宙中物质密度的 10 倍。但是，与这个Λ场的实际值相对应的密度大约比今天宇宙中的物质的密度大 3 倍。而我们正处于宇宙从减速向加速转换的时期，因为，正是在这一时期，星系主宰着整个宇宙。

如果可以选择宇宙——如果多重宇宙是真实的——那么，在多重宇宙中应该有很多适合像我们这种生命形式生存的宇宙，这种宇宙中的宇宙学常数值应该正好是宇宙学常数的观测值。通过以上论述，多重宇宙存在的证据逐渐积累起来，但是，还有更多证据呢！ 6serFn5CvzkDA1BImZZoS9Q8VRo87vSXaO5a7b1bYlk2k3zOOXSNXhww1crn8EwJ