对任何一种物质或能量,密度和压力的关系都由一个状态方程给出。这个方程描述了这种物质或能量对压力的反应——究竟是“弹性良好”,还是“绵软无力”。物理学家通常用压力p和密度 的比值来刻画这一特性,并把这一比值用w表示:
w = p/
物质的w=0(零压),辐射的w =+1/3(正压),传统宇宙常数的w =-1(负压)。如果我们把所有的这些组分都放在一个盒子里,物质会安静地待在原处,辐射会向外推挤,而暗能量则向内拉扯。
负压组分对宇宙膨胀的影响,完全取决于宇宙的内容——具体有多少暗能量、是哪一种暗能量(w的数值是多少),又有多少物质和辐射。在一个只含有暗能量的宇宙中,w只要小于-1/3就能使时空加速膨胀。而在我们的宇宙中,因为物质的存在,w则必须更小一些——物质的比例越大,留给我们去克服的引力自吸引作用就越强。同时在大部分理论中,w还必须大于等于-1,以避免出现一些不受欢迎的结果(如超光速运行的粒子)。
考虑到这些限制,现有理论中对w的取值,一般在-1和-1/2之间(现有数据更倾向于接近-1)。当然,还有一些模型并不介意打破这一界限,去讨论w < -1的可能性。但这样的模型显然应该被归入“其他”一类。
竞争者
在介绍几个现有的暗能量模型之前,我们必须强调,迄今为止还没有一个模型看上去更接近真相。事实上,它们当中也许没有一个是正确的。而我们所能做的,只是将这些模型尽量归类,并试图利用已有的观测结果去分辨是非。
可能性一:宇宙常数
宇宙常数是物理学家最熟悉的一个选择,它通常被表示为lambda或 。在过去的90年间,对这一模型的讨论一直没有停止过。根据我们目前对亚原子尺度世界的理解,宇宙常数应该是存在的——除非由于某种原因恰好为零。根据粒子物理学的标准模型,真空是具有能量的。在量子力学的框架下,一对由粒子和反粒子组成的虚粒子对,可以从真空中产生,并在接下来很短的时间内湮灭。由于一切不违背量子力学的过程都有一定的几率发生,因此我们所谓的真空其实是一片能量的海洋,充斥着所有可能的虚粒子对。
