爱因斯坦“不受欢迎”的常数本文经授权节选自《BBC宇宙的

本文经授权节选自《BBC宇宙的本质》（江苏凤凰科学技术出版社， 2022）。
作者|约翰·格里宾
译者|周宇恒
在1917年，爱因斯坦试图运用他的广义相对论以数学的视角来描述宇宙。他希望描绘出可能存在的最简单模型，其中物质完全均匀地分布在空间中。同时他也希望这一模型是静态的，既不膨胀也不收缩，以符合银河系既不膨胀亦不收缩这一事实（彼时人类认为银河系便是整个宇宙）。唯一能使模型符合上述条件的方法，便是在方程中加入所谓的“宇宙学常数” ，该数值用希腊字母Λ表示。爱因斯坦的方程并未规定该常数的值——根据方程，它可以是零或任何的正值或负值。取决于宇宙学常数的具体数值：它既可能发挥一种“反引力”的作用，支撑物质对抗引力向内的吸引；也可能作为对引力的一种添加，促进物质的聚集。爱因斯坦为该常数选择了一个能使模型保持静态的值，这在某种意义上抵消了引力。他在1917年发表的有关宇宙学的第一篇论文的最后一句写道：“该常数之必要性仅在于使物质的准静态分布成为可能，正如恒星较小的运动速度所要求的那样。 ”
当哈勃与赫马森发现宇宙处于膨胀之中时，爱因斯坦表示宇宙学常数的引入是自己学术生涯中最大的错误。然而，其他研究工作者却对宇宙学常数的价值更为重视。

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爱因斯坦的广义相对论为人类理解宇宙奠定了基础
【爱因斯坦“不受欢迎”的常数】探索宇宙模型
爱因斯坦始终在寻找广义相对论方程的单一解，一个对应着真实宇宙的独一无二的模型。然而，广义相对论方程事实上提供了大量各异的模型。第一个意识到这一点的人是亚历山大·弗里德曼，他同时也是第一个将膨胀作为宇宙学模型内在特征的人。他从数学角度对这些宇宙学模型进行了探索。
在1922年，弗里德曼发表了自己对广义相对论中宇宙学方程的解读。根据他的理解，这些方程并不像爱因斯坦所希望的那样存在独一无二的解，而是对应着一系列描述时空演化的不同可能方式的模型，即不同的宇宙模型。那时，人类尚无任何方法辨别其中哪个模型符合我们身处的宇宙。重要的是，弗里德曼的所有宇宙模型都会在演化的某个阶段经历膨胀。
在这些同一主题的不同变奏中，有些宇宙模型会永远地膨胀下去，而其他宇宙模型则会在膨胀一段时间之后再次收缩。有些宇宙模型的膨胀速度较快，有些则较慢。甚至有一部分宇宙模型诞生时十分庞大，随时间收缩到了某个特定的密度，之后转而开始膨胀。然而对于所有这些宇宙模型而言，至少在演化的某些阶段，宇宙都会以如下这种方式膨胀：无论身处宇宙中的哪一个点，都会看到其他点正在退行、远离自己，而一个点的视向退行速度同该点与观测者之间的距离成正比——这与哈勃和赫马森在20世纪20年代即将结束时的发现完全一致。

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哈勃正在操作胡克望远镜的控制装置
普适的宇宙模型
爱因斯坦对于多个模型并存的情况始终不太满意，他继续寻找着一个能够描述真实宇宙的独一无二的模型。在20世纪30年代初，哈勃定律被发现后不久，爱因斯坦与荷兰天文学家威廉·德西特（WillemdeSitter）共同提出了爱因斯坦-德西特宇宙模型，这是广义相对论方程所允许的诸多不同变奏中最为简单的一个。在这一模型中，宇宙恰好是平直的（这是爱因斯坦那时所能想到的唯一特例），而且Λ＝0 。它成为可供其他模型进行比较的基准模型。