在前面对(不包含精质的)宇宙常数模型的讨论中,我们一直认定真空能量的数值是正的。虽然原则上也可以假设一个较小的负值,但考虑到一个负真空能量——负宇宙常数——会和引力一起为宇宙膨胀减速,因此它不能用来解释实验所观测到的证据。但如果我们在模型中再加入精质,情况就会发生改变。这时,即使真空能量取负值,精质和真空能量密度的总和依然可能是正的。而随着精质的衰减,宇宙能量将逐渐由真空能量主导并变成负值,从而阻止宇宙继续进行膨胀。一个具有负宇宙常数的时空只有一个终点,即在大挤压中重新坍缩。
和上面的例子相比,第二个例子为宇宙预言了一个更可怕的结局。在这个模型中,暗能量的作用完全被幽灵能量(phantom energy)所取代——这是一种具有奇异状态方程的假想成分。幽灵能量的状态方程中w < -1,因此其能量密度会随宇宙的膨胀而增加。如果我们把这种暗能量添加进爱因斯坦的宇宙配方,就会发现随着宇宙体积的增加,幽灵能量的密度也会上升。由这种幽灵能量填充的宇宙将会加速膨胀——宇宙会因膨胀而获得新的能量。这种宇宙的结局是非常可怕的。当时空拉伸以越来越疯狂的步伐发展时,星系团、星系、恒星和行星将一一被撕裂,最终所有的原子都将被迫解体,宇宙也将到达其最终状态——大撕裂。
这一富有想象力的理论难免会遇到许多困难。幽灵能量会导致超光速粒子或诡异真空态的出现。当构造新理论时,我们一般要保证真空态的稳定性,这是一个最基本的要求,同时也是理论的基石。但在幽灵能量模型中,真空态有可能从虚粒子组成的海洋,迅速衰减到完全混乱的状态——这种情况就像盖在沙滩上的房子在地震中垮塌一样。当然,我们是可以通过调整模型来避免这一灾难的,因此在众多可能的暗能量理论中,幽灵能量依然不能被彻底地排除。
对引力理论的再一次修改
现在我们回过头来再讨论引力。对引力理论的修改虽然不能解释有关暗物质的种种证据,但这一缺陷并不会——也不应该——妨碍理论物理学家讨论广义相对论的新变种,并尝试用它来研究暗能量。在加入暗物质的同时,顺便对广义相对论进行升级,也不失为一种可能性。
