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1917年﹐愛因斯坦利用他的引力場方程﹐對宇宙整體進行了考察。為瞭解釋物質密度不為零的靜態宇宙的存在﹐他在場方程中引進一個與度規張量成比例的項﹐用符號Λ 表示。該比例常數很小﹐在銀河係尺度範圍可忽略不計。衹在宇宙尺度下﹐Λ 纔可能有意義﹐所以叫作宇宙常數。1929年﹐哈勃發現星係紅移的哈勃定律﹐確定靜態宇宙模型與實際不符。但有些學者﹐如愛丁頓﹑德西特﹑澤爾多維奇則認為宇宙常數可能有新的物理意義﹐不宜輕易拋棄。目前﹐學者們對宇宙常數的看法並不一致﹐有的認為是正值﹔有的認為是負值﹔有的認為是常數﹔有的則認為它隨時間而變化。但多數傾嚮於取正值﹐其物理意義可能代表宇宙真空場的能量－動量張量與可能存在於物質之間的斥力。估計宇宙常數的上限為10釐米。
(愛因斯坦首次用引力場方程來研究宇宙的整體，開創了理論宇宙學的新學科。在他提出“有限無界的靜態宇宙”模型時，已經感覺到了“宇宙有引力收縮的趨勢”，為了不讓這個不情願的趨勢破壞了美好的靜態，他特別引入了一個反引力的“宇宙常數”以抵消這種引力收縮的趨勢，從而人類失去了一項重大的科學預言的機遇。1929年哈勃觀察到星係光譜紅移和距離的綫性關係，即所謂哈勃定律。人們把紅移歸結於宇宙的膨脹，並推論宇宙是由於一百多億年前的一次 大爆炸産生的，産生了標準的大爆炸宇宙學理論。當愛因斯坦得知了哈勃發現的“宇宙普遍在膨脹”的事實後，愛因斯坦承認自己引出的宇宙常數犯了一個關鍵性的最大錯誤。事實上，愛因斯坦在黑洞問題上最初也由反對意見。1916年，史瓦西從愛因斯坦的場方程得出了引力坍縮的解，即描述黑洞的解。可是愛因斯坦當時卻認為物質不可能如此緊緻，並著文認為這是荒謬的。後來的歷史證明，黑洞是天體物理中最重要的物體，近年來的天文觀測，使人們普遍認為在衆多星係的中心都存在着巨大質量的黑洞。 )
einstein當初根據他的場方程解出的宇宙是膨脹的，他認為宇宙應該是平直的，所以他人為的加入了一項宇宙學常數項，使得給出的結果是平直的宇宙。但隨着hubble發現了hubble定律，證實了宇宙的膨脹，einstein去掉了這個常數項，並宣稱這是他“一生犯的最大的錯誤”
然而今天，科學家重新引入了宇宙學常數項，這和當初einstein引入以給出平直宇宙模型不同，現在的宇宙學常數項代表了暗能量和暗物質項，當然這也是會影響到宇宙的發展的，但現在這項是有意義的，而不是當初僅僅為了滿足個人觀念的需要
經過多年的觀測和研究，人們不僅發現了宇宙在膨脹，而且隨着觀測手段和工具的日益先進，還發現了宇宙竟然在加速膨脹（詳見“暗物質暗能量”專題）。這似乎意味着有一種反引力的什麽作用在其中扮演了重要角色，科學家將這種尚不知道的反引力作用稱為“暗能量”。據此人們說，愛因斯坦的反引力宇宙常數似乎又要復活了。
宇宙中某一點的引力場強與斥力場強的合場強，定義為宇宙場強
(9)
其中l是宇宙常數。根據定義，在球體的內部有
所以
(10)
在球外
(11)
當宇宙半徑為a0時，有l=0，當a >> a0時，則 l=l0 。由於退行物體的速度達到光速時，我們就看不見它了*，所以我們觀測不到與 l0 相對應的膨脹。
宇宙常數死而復生——暗能量
在發現了宇宙膨脹這個事實後，愛因斯坦就急急忙忙把他方程中的宇宙常數項去掉了，並認為宇宙常數是他“一生中最大的錯誤”。隨後，宇宙常數被拋進歷史的垃圾堆。
然而造化弄人，幾十年後，宇宙常數又像鬼魂般的復活了。這次宇宙常數的復活要歸因於暗能量的發現。
1998年，天文學家們發現，宇宙不衹是在膨脹，而且在以前所未有的加速度嚮外擴張，所有遙遠的星係遠離我們的速度越來越快。那麽一定有某種隱藏的力量在暗中把星係相互以加速膨脹的方式撕扯開來，這是一種具有排斥力的能量，科學家們把它稱為“暗能量”。近年來，科學家們通過各種的觀測和計算證實，暗能量不僅存在，而且在宇宙中占主導地位，它的總量約達到宇宙總量的73%，而宇宙中的暗物質約占23%、普通物質僅約占4%.我們一直以為滿天繁星就已經夠多了，宇宙中還有什麽能比得上它們呢？而現在，我們纔發現這滿天繁星卻是“弱勢群體”，剩下的絶大部分都是我們知之甚少或幹脆一無所知的，這怎麽不讓人感到驚心動魄呢！
事實上，早在1930年，就有天體物理學家指出，愛因斯坦那加入了宇宙常數的宇宙學方程並不能導出完全靜態的宇宙：因為引力和宇宙常數是不穩定的平衡，一個小小的擾動就能導致宇宙失控的膨脹和收縮。而暗能量的發現告訴我們，愛因斯坦那作為與引力相抗衡的宇宙常數不僅確確實實存在，而且大大擾動了我們的宇宙，使宇宙的膨脹速率嚴重失控。在經歷了一係列麯折後，宇宙常數正在時間中復活。
宇宙常數今日以暗能量的面目出現在世人面前，它所産生的洶涌澎湃的排斥力已令整個宇宙為之變色！暗能量和引力之間的角力戰自宇宙誕生起就沒有停止過，在這場漫長的戰鬥中，最舉足輕重的就是彼此的密度。物質的密度隨着宇宙膨脹導致的空間增大而遞減；但暗能量的密度在宇宙膨脹時，變化得非常緩慢，或者根本保持不變。在很久以前，物質的密度是較大的，因此那時的宇宙是處於減速膨脹的階段；現今的暗能量密度已經大於物質的密度，排斥力已經從引力手中徹底奪得了控製權，以前所未有的速度推動宇宙膨脹。根據一些科學家的預測，再過200多億年，宇宙將迎來動蕩的末日，恐怖的暗能量終將把所有的星係、恆星、行星一一撕裂，宇宙將衹剩下沒有盡頭的寒冷、黑暗。
暗能量的發現，也充分地體現了人類認知過程又走進了一個“悖論怪圈”：即宇宙中所占比例最多的，反而是最遲也是最難為我們所知曉的。一方面人類現在對宇宙奧秘的瞭解越來越多，另一方面我們所要面對的未知也越來越多。而這日益深遠的未知又反過來不斷刺激着人類去探索宇宙背後的真相。
暗能量是怎麽來的？它將如何發展？這已經是21世紀宇宙學所面臨的最重大問題之一。
黑洞大發現
廣義相對論表明，引力場可以造成空間彎麯，強大的引力場可以造成強烈的空間彎麯，那麽無限強大的引力場會産生什麽情況呢？
1916年愛因斯坦發表廣義相對論後不久，德國物理學家卡爾·史瓦西就用這個理論描繪了一個假設的完全球狀星體附近的空間和時間是如何彎麯的。他證明，假如星體質量聚集到一個足夠小的球狀區域裏，比如一個天體的質量與太陽相同，而半徑衹有3公裏時，引力的強烈擠壓會使那個天體的密度無限增大，然後産生災難性的坍塌，使那裏的時空變得無限彎麯，在這樣的時空中，連光都不能逃逸！由於沒有了光信號的聯繫，這個時空就與外面的時空分割成兩個性質不同的區域，那個分割球面就是視界。
這就是我們今天耳熟能詳的黑洞，但在那個年代，幾乎沒有人相信有這麽奇怪的天體存在，甚至包括愛因斯坦本人和愛丁頓這樣的相對論大師也明確表示反對這種怪物，愛因斯坦還說他可以證明沒有任何星體可以達到密度無限大。就連黑洞這個名稱也是一直到1967年纔由美國物理學家惠勒命名。
歷史當然不會因此而停止前進，時間進入20世紀30年代，美國天文學家錢德拉塞卡提出了著名的“錢德拉塞卡極限”，即：一顆恆星當其氫核燃盡後的質量是太陽質量的 1.44倍以上時，將不可能變成白矮星，而會繼續坍塌收縮，變成體積比白矮星更小、密度比白矮星更大的星體，即中子星。1939年，美國物理學家奧本海默進一步證明，一顆恆星當其氫核燃盡後的質量是太陽質量的3倍以上時，其自身引力的作用將能使光綫都不能逃出這個星體的範圍。
隨着經驗的積纍，關於黑洞的理論變得成熟起來，人們從徹底拒絶這個怪物到漸漸相信它，到20世紀60年代，人們已普遍接受黑洞的概念，黑洞的奧秘被逐漸研究出來。
嚴格而言，黑洞並不是通常意義下的“星”， 而衹是空間的一個區域。這是與我們日常宇宙空間互不連通的區域，黑洞視界將這兩個區域隔絶開，在視界以外，可以由光信號在任意距離上相互聯繫，這就是我們所居住的正常宇宙；而在視界以內，光綫並不能自由地從一個地方傳播到另一個地方，而是都朝嚮中心集聚，事件之間的聯繫受到嚴格限製，這就是黑洞。
在黑洞的內部，物體嚮黑洞墜落的過程中，潮汐力越來越大，在中心區域，引力和起潮力都是無限大。因此，在黑洞中心，除了質量、電荷和角動量以外，物質其他特性全部喪失，原子、分子等等都將不復存在！在這種情形下，無法談論黑洞的哪一部分物質，黑洞是一個統一體。 |
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宇宙常數
宇宙中某一點的引力場強與斥力場強的合場強，定義為宇宙場強
(9)
其中L是宇宙常數。根據定義，在球體的內部有
所以
(10)
在球外
(11)
當宇宙半徑為a0時，有L=0，當a >> a0時，則 L=L0 。由於退行物體的速度達到光速時，我們就看不見它了，所以我們觀測不到與 L0 相對應的膨脹。
1917年﹐愛因斯坦利用他的引力場方程﹐對宇宙整體進行了考察。為瞭解釋物質密度不為零的靜態宇宙的存在﹐他在場方程中引進一個與度規張量成比例的項﹐用符號Λ 表示。該比例常數很小﹐在銀河係尺度範圍可忽略不計。衹在宇宙尺度下﹐Λ 纔可能有意義﹐所以叫作宇宙常數。1929年﹐哈勃發現星係紅移的哈勃定律﹐確定靜態宇宙模型與實際不符。但有些學者﹐如愛丁頓﹑德西特﹑澤爾多維奇則認為宇宙常數可能有新的物理意義﹐不宜輕易拋棄。目前﹐學者們對宇宙常數的看法並不一致﹐有的認為是正值﹔有的認為是負值﹔有的認為是常數﹔有的則認為它隨時間而變化。但多數傾嚮於取正值﹐其物理意義可能代表宇宙真空場的能量－動量張量與可能存在於物質之間的斥力。估計宇宙常數的上限為10釐米。
(愛因斯坦首次用引力場方程來研究宇宙的整體，開創了理論宇宙學的新學科。在他提出“有限無界的靜態宇宙”模型時，已經感覺到了“宇宙有引力收縮的趨勢”，為了不讓這個不情願的趨勢破壞了美好的靜態，他特別引入了一個反引力的“宇宙常數”以抵消這種引力收縮的趨勢，從而人類失去了一項重大的科學預言的機遇。1929年哈勃觀察到星係光譜紅移和距離的綫性關係，即所謂哈勃定律。人們把紅移歸結於宇宙的膨脹，並推論宇宙是由於一百多億年前的一次 大爆炸産生的，産生了標準的大爆炸宇宙學理論。當愛因斯坦得知了哈勃發現的“宇宙普遍在膨脹”的事實後，愛因斯坦承認自己引出的宇宙常數犯了一個關鍵性的最大錯誤。事實上，愛因斯坦在黑洞問題上最初也由反對意見。1916年，史瓦西從愛因斯坦的場方程得出了引力坍縮的解，即描述黑洞的解。可是愛因斯坦當時卻認為物質不可能如此緊緻，並著文認為這是荒謬的。後來的歷史證明，黑洞是天體物理中最重要的物體，近年來的天文觀測，使人們普遍認為在衆多星係的中心都存在着巨大質量的黑洞。 )
Einstein當初根據他的場方程解出的宇宙是膨脹的，他認為宇宙應該是平直的，所以他人為的加入了一項宇宙學常數項，使得給出的結果是平直的宇宙。但隨着Hubble發現了Hubble定律，證實了宇宙的膨脹，Einstein去掉了這個常數項，並宣稱這是他“一生犯的最大的錯誤”
然而今天，科學家重新引入了宇宙學常數項，這和當初Einstein引入以給出平直宇宙模型不同，現在的宇宙學常數項代表了暗能量和暗物質項，當然這也是會影響到宇宙的發展的，但現在這項是有意義的，而不是當初僅僅為了滿足個人觀念的需要
經過多年的觀測和研究，人們不僅發現了宇宙在膨脹，而且隨着觀測手段和工具的日益先進，還發現了宇宙竟然在加速膨脹這似乎意味着有一種反引力的什麽作用在其中扮演了重要角色，科學家將這種尚不知道的反引力作用稱為“暗能量”。據此人們說，愛因斯坦的反引力宇宙常數似乎又要復活了。
宇宙中某一點的引力場強與斥力場強的合場強，定義為宇宙場強其中L是宇宙常數。根據定義，在球體的內部有所以在球外當宇宙半徑為a0時，有L=0，當a >> a0時，則 L=L0 。由於退行物體的速度達到光速時，我們就看不見它了*，所以我們觀測不到與 L0 相對應的膨脹。宇宙常數死而復生——暗能量。在發現了宇宙膨脹這個事實後，愛因斯坦就急急忙忙把他方程中的宇宙常數項去掉了，並認為宇宙常數是他“一生中最大的錯誤”。隨後，宇宙常數被拋進歷史的垃圾堆。
然而造化弄人，幾十年後，宇宙常數又像鬼魂般的復活了。這次宇宙常數的復活要歸因於暗能量的發現。
1998年，天文學家們發現，宇宙不衹是在膨脹，而且在以前所未有的加速度嚮外擴張，所有遙遠的星係遠離我們的速度越來越快。那麽一定有某種隱藏的力量在暗中把星係相互以加速膨脹的方式撕扯開來，這是一種具有排斥力的能量，科學家們把它稱為“暗能量”。近年來，科學家們通過各種的觀測和計算證實，暗能量不僅存在，而且在宇宙中占主導地位，它的總量約達到宇宙總量的73%，而宇宙中的暗物質約占23%、普通物質僅約占4%.我們一直以為滿天繁星就已經夠多了，宇宙中還有什麽能比得上它們呢？而現在，我們纔發現這滿天繁星卻是“弱勢群體”，剩下的絶大部分都是我們知之甚少或幹脆一無所知的，這怎麽不讓人感到驚心動魄呢！
事實上，早在1930年，就有天體物理學家指出，愛因斯坦那加入了宇宙常數的宇宙學方程並不能導出完全靜態的宇宙：因為引力和宇宙常數是不穩定的平衡，一個小小的擾動就能導致宇宙失控的膨脹和收縮。而暗能量的發現告訴我們，愛因斯坦那作為與引力相抗衡的宇宙常數不僅確確實實存在，而且大大擾動了我們的宇宙，使宇宙的膨脹速率嚴重失控。在經歷了一係列麯折後，宇宙常數正在時間中復活。
宇宙常數今日以暗能量的面目出現在世人面前，它所産生的洶涌澎湃的排斥力已令整個宇宙為之變色！暗能量和引力之間的角力戰自宇宙誕生起就沒有停止過，在這場漫長的戰鬥中，最舉足輕重的就是彼此的密度。物質的密度隨着宇宙膨脹導致的空間增大而遞減；但暗能量的密度在宇宙膨脹時，變化得非常緩慢，或者根本保持不變。在很久以前，物質的密度是較大的，因此那時的宇宙是處於減速膨脹的階段；現今的暗能量密度已經大於物質的密度，排斥力已經從引力手中徹底奪得了控製權，以前所未有的速度推動宇宙膨脹。根據一些科學家的預測，再過200多億年，宇宙將迎來動蕩的末日，恐怖的暗能量終將把所有的星係、恆星、行星一一撕裂，宇宙將衹剩下沒有盡頭的寒冷、黑暗。
暗能量的發現，也充分地體現了人類認知過程又走進了一個“悖論怪圈”：即宇宙中所占比例最多的，反而是最遲也是最難為我們所知曉的。一方面人類現在對宇宙奧秘的瞭解越來越多，另一方面我們所要面對的未知也越來越多。而這日益深遠的未知又反過來不斷刺激着人類去探索宇宙背後的真相。
暗能量是怎麽來的？它將如何發展？這已經是21世紀宇宙學所面臨的最重大問題之一。
黑洞大發現
廣義相對論表明，引力場可以造成空間彎麯，強大的引力場可以造成強烈的空間彎麯，那麽無限強大的引力場會産生什麽情況呢？
1916年愛因斯坦發表廣義相對論後不久，德國物理學家卡爾·史瓦西就用這個理論描繪了一個假設的完全球狀星體附近的空間和時間是如何彎麯的。他證明，假如星體質量聚集到一個足夠小的球狀區域裏，比如一個天體的質量與太陽相同，而半徑衹有3公裏時，引力的強烈擠壓會使那個天體的密度無限增大，然後産生災難性的坍塌，使那裏的時空變得無限彎麯，在這樣的時空中，連光都不能逃逸！由於沒有了光信號的聯繫，這個時空就與外面的時空分割成兩個性質不同的區域，那個分割球面就是視界。
這就是我們今天耳熟能詳的黑洞，但在那個年代，幾乎沒有人相信有這麽奇怪的天體存在，甚至包括愛因斯坦本人和愛丁頓這樣的相對論大師也明確表示反對這種怪物，愛因斯坦還說他可以證明沒有任何星體可以達到密度無限大。就連黑洞這個名稱也是一直到1967年纔由美國物理學家惠勒命名。
歷史當然不會因此而停止前進，時間進入20世紀30年代，美國天文學家錢德拉塞卡提出了著名的“錢德拉塞卡極限”，即：一顆恆星當其氫核燃盡後的質量是太陽質量的 1.44倍以上時，將不可能變成白矮星，而會繼續坍塌收縮，變成體積比白矮星更小、密度比白矮星更大的星體，即中子星。1939年，美國物理學家奧本海默進一步證明，一顆恆星當其氫核燃盡後的質量是太陽質量的3倍以上時，其自身引力的作用將能使光綫都不能逃出這個星體的範圍。
隨着經驗的積纍，關於黑洞的理論變得成熟起來，人們從徹底拒絶這個怪物到漸漸相信它，到20世紀60年代，人們已普遍接受黑洞的概念，黑洞的奧秘被逐漸研究出來。
嚴格而言，黑洞並不是通常意義下的“星”， 而衹是空間的一個區域。這是與我們日常宇宙空間互不連通的區域，黑洞視界將這兩個區域隔絶開，在視界以外，可以由光信號在任意距離上相互聯繫，這就是我們所居住的正常宇宙；而在視界以內，光綫並不能自由地從一個地方傳播到另一個地方，而是都朝嚮中心集聚，事件之間的聯繫受到嚴格限製，這就是黑洞。
在黑洞的內部，物體嚮黑洞墜落的過程中，潮汐力越來越大，在中心區域，引力和起潮力都是無限大。因此，在黑洞中心，除了質量、電荷和角動量以外，物質其他特性全部喪失，原子、分子等等都將不復存在！在這種情形下，無法談論黑洞的哪一部分物質，黑洞是一個統一體。 |
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yuzhou changshu
宇宙常數
cosmological constant
1917年，愛因斯坦利用他的引力場方程，對宇宙整體進行了考察。為瞭解釋物質密度不為零的靜態宇宙的存在,他在場方程中引進一個與度規張量成比例的項,用符號Λ表示。該比例常數很小，在銀河係尺度範圍可忽略不計。衹在宇宙尺度下，Λ纔可能有意義，所以叫作宇宙常數。1929年，哈勃發現星係紅移的哈勃定律，確定靜態宇宙模型與實際不符。因此愛因斯坦多次提出應該取消宇宙常數；但有些學者，如愛丁頓、德西特、澤爾多維奇則認為宇宙常數可能有新的物理意義，不宜輕易拋棄。目前，學者們對宇宙常數的看法並不一致，有的認為是正值；有的認為是負值；有的認為是常數；有的則認為它隨時間而變化。但多數傾嚮於取正值，其物理意義可能代表宇宙真空場的能量－動量張量與可能存在於物質之間的斥力。估計宇宙常數的上限為10□釐米□。
（肖興華 劉遼）
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