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{{unsolved|物理學|為什麼[[真空]]的[[零點能]]造成了特大的[[宇宙學常數]]？是甚麼物理機制抵銷了它？}}
{{NoteTA|G1=物理学}}


{{超越标准模型的物理学}}
'''宇宙學常數問題'''是當今物理學界有待解決的重要問題之一。根據[[廣義相對論]]，在宇宙真空中蘊藏的能量會產生[[引力場]]，真空能量密度 <math>\rho_{vac}</math> 與宇宙學常數 <math>\Lambda</math> 之間的關係為 <math>\rho_{vac}c^2=\Lambda c^4/8\pi G</math> 。至今，真空能量密度的计算仍是物理學尚未解決的一個大問題。當中，最簡單的算法是總和所有已知量子場予以的[[零點能]]，但這理論結果超過天文觀測值的120個[[數量級]]，被驚歎為「物理史上最差勁的理論預測」！该問題則被稱為[[宇宙學常數|宇宙學常數問題]]。而為什麼從真空能量密度計算得到的宇宙學常數，會與天文觀測值相差如此之大？到底是甚麼物理機制抵銷這超大數值？解決這一系列問題可能要使用到[[量子引力|量子引力理論]]。<ref name="Hobson">
{{cite book
 |author=MP Hobson, GP Efstathiou & AN Lasenby
 |year=2006
 |title=General Relativity: An introduction for physicists
 |url=https://archive.org/details/generalrelativit0000hobs
 |edition=Reprint
 |publisher=Cambridge University Press
 |isbn=9780521829519
}}</ref>{{rp|186-187}}

==背景==

1916年，[[瓦爾特·能斯特]]最先發現與提出真空災變問題<ref name=Nernst>{{cite journal
 |author=W Nernst
 |year=1916
 |title=Über einen Versuch von quantentheoretischen Betrachtungen zur Annahme stetiger Energieänderungen zurückzukehren
 |journal=Verhandl. der Deutschen Phys. Gesellschaften
 |volume=18 |page=83
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}} {{De icon}}</ref>，並且疑問這麼特大的真空能量會對[[重力]]效應造成的結果<ref name=Nieuwenhuizen>
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 |author=TM Nieuwenhuizen
 |year=2007
 |title=Beyond the quantum
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 |author=SE Rugh, H Zinkernagel
 |year=2002
 |title=The quantum vacuum and the cosmological constant problem
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 |journal=Studies in History and Philosophy of Science Part B
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 |doi=10.1016/S1355-2198(02)00033-3
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 }}</ref>。

1967年由[[俄羅斯]]宇宙學家[[雅可夫·泽尔多维奇]]提出宇宙学常数问题。

===虛粒子對質子或原子之影響===
根據[[量子力學]]，我們有可能算出氫原子附近間歇生滅的所有[[虛粒子]]，對氫原子頻譜所造成之影響。對於比較觀測結果的準確性，更可以到達非常的高度。

當中的計算，其實就是計算質子或原子的總能量，再計算虛粒子在空無空間的總能量，兩者相減。兩種能量在形式上皆為[[無窮]]，然而兩者相減，按[[狄拉克]]的規則卻可以得出一個有限的數值。

===虛粒子對空無空間之影響===

然而，若想只單獨計算虛粒子對空無空間之影響，則無任何可減之物，求出的結果，則為[[無窮]]。若索其根源，[[海森堡測不準原理]]指出間歇生滅的虛粒子消失得越快，其所帶有之能量則越大。因此若時間降低至幾乎瞬間消失，粒子則可摧帶幾乎無窮之能量。若要排除無窮，第一個作法，則是引入{{link-en|截断|Cutoff_(physics)}}，以[[普朗克時間]]作為虛粒子存在時間之下限。但即使如此，透過此方法計算所得之宇宙空無空間能量，竟然比宇宙學常數計算之觀測結果高出120個數量級。兩者的巨大差異，就是'''宇宙學常數問題'''。

=== 真空災變 ===
從[[航海家計畫|航海家探測衛星]]測量到的數據所推斷出的[[真空能量|真空能量密度]]上限為10<sup>14</sup> GeV/m<sup>3</sup>，而從[[量子場論]]估算出的[[零點能|零點能密度]]為10<sup>121</sup> GeV/m<sup>3</sup>。兩個數值難以置信地相差了107個[[數量級]]<ref name=Dutra>{{cite book
 |author=SM Dutra
 |year=2005
 |title=Cavity Quantum Electronics
 |url=https://archive.org/details/cavityquantumele00dutr_627
 |page=[https://archive.org/details/cavityquantumele00dutr_627/page/n73 63]
 |publisher=John Wiley & Sons
 |isbn=0471713473
}}</ref>
在[[宇宙學]]裏，這差異稱為'''真空災變'''（英语：vacuum catastrophe）。<ref name=Adler>{{cite journal
 |last         = Adler
 |first        = Ronald
 |coauthors    = et al.
 |title        = Vacuum catastrophe: An elementary exposition of the cosmological constant problem
 |journal      = Am. J. Phys.
 |volume       = 63
 |issue        = 7
 |date         = 1995
 |url          = http://ticc.mines.edu/csm/wiki/images/7/72/VacuumCatastrophe.pdf
 |author       = 
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 |archive-date = 2012-04-16
 |dead-url     = yes
}}</ref>物理史上從未見到這麼大的差距，物理學者認為這是當今物理理論的重大瑕疵。

1916年，[[瓦爾特·能斯特]]最先發現與提出真空災變問題。<ref name=Nernst>{{cite journal
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 |year=1916
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}} {{De icon}}</ref>並且疑問這麼特大的真空能量會對[[重力]]效應造成的結果<ref name=Nieuwenhuizen>
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 |author=TM Nieuwenhuizen
 |year=2007
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 |publisher=World Scientific
 |isbn=9812771174
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 |author=SE Rugh, H Zinkernagel
 |year=2002
 |title=The quantum vacuum and the cosmological constant problem
 |url=http://philsci-archive.pitt.edu/398/
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 }}</ref>。

這問題可能對於引力與量子理論的統一給出很有價值的線索，因此有很多理論物理學者致力於這方面的研究。<ref name=Adler/>

==問題及解決方向==

故此，必須要將理論值下調120個數量級以至與觀測值一致，方能作出一個合理的解釋。我們必須要降低那個從空無空間虛粒子能量輕率地計算的估值，向下修正到一個合理的上限。當中牽涉到2個非常大的正數相減，在頭120個位彼此相消，而在第121個位留下非零數值。如此精確程度，在科學界並無先例可言。

== 參见 ==

*[[宇宙學常數]]
*[[未解決的物理學問題]]

==參考文獻==
{{reflist}}

[[Category:超越标准模型的物理学]]