宇宙學常數問題

Template: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 ${\rho }_{vac}$ 與宇宙學常數 $\mathrm{\Lambda }$ 之間的關係為 ${\rho }_{vac}{c}^2=\mathrm{\Lambda }{c}^4/8\pi G$ 。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理論。Template:Rp

背景

1916年，瓦爾特·能斯特最先發現與提出真空災變問題，並且疑問這麼特大的真空能量會對重力效應造成的結果。

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Template:Link-en，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

從航海家探測衛星測量到的數據所推斷出的真空能量密度上限為10¹⁴ GeV/m³，而從量子場論估算出的零點能密度為10¹²¹ GeV/m³。兩個數值難以置信地相差了107個數量級 在宇宙學裏，這差異稱為真空災變（英语：vacuum catastrophe）。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。並且疑問這麼特大的真空能量會對重力效應造成的結果。

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。

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