精质
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古代哲人想象在土、水、气、火之外有一种「第五元素」——一种充满宇宙的天界物质,他们称之为精质。现代宇宙学家借用这个词来表达一个现代的想法:也许暗能量不是真空中固定、冻结的能量,而是一个充满空间、能随时间缓慢改变的动态场。精质就是会演化、而非保持完全恒定的暗能量。
具体而言,精质通常被建模为一个标量场——一个在空间每一点都有取值的量,有点像一张温度图,只不过对应的是一个新的基本场。这样的场能以一种方式储存能量,产生把空间推开所需的负压强,正如宇宙学常数那样。关键的不同在于,这个场可以渐渐朝更低的能量「滚动」,就像一个球在极其平缓的斜坡上慢慢滚下。随着它滚动,它的能量密度和状态方程参数 w 可以在数十亿年里漂移,于是 w 会接近 -1 却不正好是 -1,也不一定恒定。
既然一个朴素的宇宙学常数就能拟合数据,何必费这个事?部分原因在于,宇宙学常数带来了残酷的真空能问题(其预言的大小离谱地错)和巧合问题(暗能量为何偏偏在此刻开始主导?)。在某些模型里,一个动态场也许能缓解这些谜题,或更自然地从更深层的物理中产生。诚实的提醒:精质是一个有许多可调模型的宽泛框架,而迄今观测仍与一个简单的常数完全相符。精质是一种动机充分的可能,而非既定的事实——把它与真正的常数区分开来,是即将到来的巡天的一大目标。
想象一个球停在一座几乎平坦的山丘顶端附近。如果坡足够缓,这个球在数十亿年里几乎不动,它的能量便表现得近乎一个宇宙学常数——但又不完全是。精质模型正是这样运作的:一个标量场滚动得如此之慢,以至今天它的 w 接近、却也许并不正好是 -1。
精质把暗能量设想为一个缓慢滚动的场,其强度可随时间漂移。
精质与宇宙学常数并不相同:它是动态的,会使 w 略不同于 -1。就目前而言,数据与一个朴素的常数相符,所以精质仍是一个可行却未经证实的替代方案,而非已确认的发现。