為什麼空曠的空間這麼空曠？真相別嚇著你！

注入真空的能量似乎太小，沒有多元宇宙就無法解釋。但物理學家至少還有一種解釋。

一種有爭議的觀點認為，我們的宇宙只是無盡的泡泡多元宇宙中的一個隨機泡泡，是自然界最無害的特徵：真空。具體而言，多元宇宙假說的種子是在空間注入神秘的能量，被稱為真空能量，暗能量或宇宙常熟。每立方米的空間中的能量只能點亮一個燈泡11萬億分之一秒。正如諾貝爾獎獲得者史蒂芬溫伯格曾經說過的那樣，「我們喉嚨里的骨頭」是真空應該至少有一萬億億億億億億億倍的能量，因為所有的物質和力量都在其中傳播。不知何故，所有這些領域對真空的影響幾乎相同，產生了平靜的靜止。為什麼真空空間這麼空？

雖然我們不知道這個問題的答案，令人苦惱的「宇宙常數問題」，極端真空似乎對我們的存在是必要的。在一個充斥著這種引力排斥能量的宇宙中，空間會迅速膨脹，形成像星系、行星或人類這樣的結構。這種微調的情況表明，可能存在大量的宇宙。所有宇宙都有不同的真空能量，而且我們碰巧居住在一個非常低能的宇宙中，因為其他地方不適合我們居住。

一些科學家對「人類推理」的重複理論充滿興趣，但不喜歡多元宇宙，因為多元宇宙是無法測量的。即使是那些接受多元宇宙思想的人，也會尋找宇宙學常數問題的替代解決方案。但是到目前為止，除了多元宇宙這個問題似乎無法解決。馬里蘭大學理論物理學家Raman Sundrum說：「暗物質的問題非常棘手，非常困難，以至於人們到現在還沒有一個或兩個解決方案。」

為了理解這個原理，為了探究真空能量究竟是什麼，阿爾伯特?愛因斯坦（Albert Einstein）的廣義相對論認為，物質和能量告訴時空如何彎曲，時空曲率告訴物質和能量如何移動。這些方程的一個特徵就是時空可以擁有自己的能量。當沒有別的東西存在時，恆定的量保持不變，愛因斯坦稱之為宇宙常數。幾十年來，宇宙學家們一直認為它的數值恰好為零，因為宇宙的擴張速度合理穩定，他們想知道為什麼。但在1998年，天文學家發現宇宙的膨脹實際上在逐漸加速，意味著存在一個排斥能量滲透空間。被天文學家稱為暗能量，它幾乎等同於愛因斯坦的宇宙常數。它的存在使得宇宙擴張得更快。宇宙擴張了，新宇宙形成，那麼宇宙中的斥力總量也增加了。

然而，這種真空能量的推斷密度與量子場論（粒子物理學的語言）對真空的說法相矛盾。當沒有粒子穿過它時，量子場是空的。但是由於量子物理中的不確定性原理，量子場的狀態永遠不能確定，所以它的能量永遠不會恰好為零。想像一下，量子場是由空間中每個點上的小彈簧組成。彈簧總是在擺動，因為它們處於最鬆弛長度的某個不確定範圍內。它們總是過於壓縮或鬆弛，始終處於運動狀態，因此始終擁有能量。這被稱為該領域的零點能量。力場具有正的零點能量，而物質場具有負的零點能量，這些能量總會被加在真空總能量上並從中減去。

總的真空能量應該大致等於這些影響因素中最大的。（假設你收到1萬美元;即使花了100美元，或者在沙發上找到3美元，你仍約有1萬美元）。然而目前觀察到的宇宙膨脹率表明它的價值在60到120個數量級之間，遠不止加上去的這一點零點能量，就好像所有不同的正面和負面的零點能量都被某種方式抵消了一樣。實現這種均衡的物理機制非常困難，主要有以下兩個原因：

首先，對真空能量的唯一影響就是引力，因此撥下它似乎需要引力機制。但是在宇宙最初形成的時候，當這樣一個機制可能運行時，宇宙的體積很小。相對於物質和輻射量，它的總真空能量可以忽略不計。所有其他的重力完全可以壓倒真空能量的重力效應。「這是解決宇宙常數問題的最大困難之一，」物理學家Raphael Bousso於2007年寫道。他說：「在早期宇宙條件下精確調整真空能量的引力反饋機制，可以粗略地與飛機在風暴中按規定飛行路線進行原子精確度測試相比，非常困難。」

綜合這一難題，量子場論計算表明，在大爆炸後不久，冷卻宇宙中的相變使真空能量產生了價值變化。這就產生了這樣一個問題：在這些轉變發生之前或之後，平衡真空能量的假設機制是否會發生。該機制怎麼知道它們的影響會有多大，如何補償它們？

到目前為止，這些困難阻礙了科學家們解釋真空較輕的質量，除了訴諸於多元宇宙理論。但是最近，一些研究人員一直在探索一種可能：如果宇宙在爆炸後沒有存在而是反彈了，在較早的宇宙收縮階段之後，那麼過去的收縮宇宙將是巨大的，並由真空能量支配。也許某種引力機制可能會影響到豐富的真空能量，然後隨著時間的推移自然地將其稀釋。這個想法給了物理學家Peter Graham、David Kaplan和Surjeet Rajendran思考的靈感，他們發現了一種新的宇宙反彈模型，儘管他們還沒有表明真空稀釋在收縮宇宙中是如何運作的。

在一封電子郵件中，Bousso稱他們的方法「非常值得嘗試」，「在一個重大問題上進行了已知和誠實的鬥爭」。但他補充說，「模型與現實的巨大差距仍然存在，彌補這些差距並使它能夠運作，這意義重大。這個建築已經是一台Rube Goldberg機器，在填補這些缺口之前，它會變得更加複雜。「他和其他多元宇宙論的追隨者通過比較，認為他們的解釋更簡單。

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