接下来我们把小球替换为一个精质场,同时把井换成这个场的势垒。在宇宙的早些时候,精质场具有某一较高的势能值,并逐渐向能量最低的状态(井底)下滑——但至今尚未达到。这一下滑过程非常缓慢(在小球模型中,我们可以把井壁做得非常平坦,只有很小的倾斜度),所以在现在的宇宙中,精质场仍然具有大量的势能。正是这些势能充当了负压力的角色,并为宇宙加速膨胀提供动力。
随着宇宙的进一步膨胀,精质场的势能会继续下降,并因此改变精质的状态方程——方程中的w会有所增大,但依然保持负值。根据这一模型,精质场的势能最终可能会转化为一种新型物质粒子(小球模型中摩擦生热的过程,在这里对应着新粒子的产生),而宇宙也会因此改由物质主导,并重新回到减速膨胀的状态。与此相对,理论物理学家还认为在宇宙初期,也应该存在一个类似精质场的机制——称为暴胀(inflation)——将宇宙推进到加速膨胀的状态。我们将在第12章中详细介绍这一机制。
在绝大多数精质理论中,暗能量的密度都随时间减少,但也有一些模型预言暗能量密度将逐渐增加。根据宇宙巧合问题,人们甚至提出,精质暗能量的能量密度可能会随辐射和物质的变化而变化。在这些模型中,宇宙早期的精质场能量密度随辐射能量一起变化,并像寄生虫一样模仿着辐射的行为。当物质占据主导地位之后,精质又转而依附于物质密度并随之变化。这些模型的关键难点,在于寻找一个能让精质场自己拿主意的机制,这样它才能稳定地达到我们今天所观测到的暗能量密度。
可能性三:“其他”
从这个名字就可以看出,能归到这一类的理论是永远不会有穷尽的。只要暗能量的问题没有彻底解决,科学家们就会不断产生新的想法,直到水落石出的那一天为止。和前两类相比,这一类中的绝大多数模型并不太有吸引力,有些甚至只是为了给出理论的极限。它们常常会给出一些富有戏剧性的结果,下面我们就介绍两个非常有代表性的例子。12
第一个例子是宇宙常数和精质的结合。在绝大多数精质模型中,宇宙常数都被严格设定为零,且暗能量完全由精质构成。关于这一点,我们实际上没有任何确凿的证据,也就无法判断它是对是错。对这种引入双重因素的模型而言,其不确定度会由于两种新物理机制的引入而大大增加,也因此为宇宙的未来提供了另一种可能性。当精质最终衰减为零时,真空能量将取而代之,成为宇宙能量密度最主要的成分。
