精質
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古代哲人想像在土、水、氣、火之外有一種「第五元素」——一種充滿宇宙的天界物質,他們稱之為精質。現代宇宙學家借用這個詞來表達一個現代的想法:也許暗能量不是真空中固定、凍結的能量,而是一個充滿空間、能隨時間緩慢改變的動態場。精質就是會演化、而非保持完全恆定的暗能量。
具體而言,精質通常被建模為一個純量場——一個在空間每一點都有取值的量,有點像一張溫度圖,只不過對應的是一個新的基本場。這樣的場能以一種方式儲存能量,產生把空間推開所需的負壓強,正如宇宙學常數那樣。關鍵的不同在於,這個場可以漸漸朝更低的能量「滾動」,就像一個球在極其平緩的斜坡上慢慢滾下。隨著它滾動,它的能量密度和狀態方程參數 w 可以在數十億年裡漂移,於是 w 會接近 -1 卻不正好是 -1,也不一定恆定。
既然一個樸素的宇宙學常數就能擬合資料,何必費這個事?部分原因在於,宇宙學常數帶來了殘酷的真空能問題(其預言的大小離譜地錯)和巧合問題(暗能量為何偏偏在此刻開始主導?)。在某些模型裡,一個動態場也許能緩解這些謎題,或更自然地從更深層的物理中產生。誠實的提醒:精質是一個有許多可調模型的寬泛框架,而迄今觀測仍與一個簡單的常數完全相符。精質是一種動機充分的可能,而非既定的事實——把它與真正的常數區分開來,是即將到來的巡天的一大目標。
想像一個球停在一座幾乎平坦的山丘頂端附近。如果坡足夠緩,這個球在數十億年裡幾乎不動,它的能量便表現得近乎一個宇宙學常數——但又不完全是。精質模型正是這樣運作的:一個純量場滾動得如此之慢,以至今天它的 w 接近、卻也許並不正好是 -1。
精質把暗能量設想為一個緩慢滾動的場,其強度可隨時間漂移。
精質與宇宙學常數並不相同:它是動態的,會使 w 略不同於 -1。就目前而言,資料與一個樸素的常數相符,所以精質仍是一個可行卻未經證實的替代方案,而非已確認的發現。