为什么空旷的空间这么空旷？真相别吓着你！

注入真空的能量似乎太小，没有多元宇宙就无法解释。但物理学家至少还有一种解释。

一种有争议的观点认为，我们的宇宙只是无尽的泡泡多元宇宙中的一个随机泡泡，是自然界最无害的特征：真空。具体而言，多元宇宙假说的种子是在空间注入神秘的能量，被称为真空能量，暗能量或宇宙常熟。每立方米的空间中的能量只能点亮一个灯泡11万亿分之一秒。正如诺贝尔奖获得者史蒂芬温伯格曾经说过的那样，“我们喉咙里的骨头”是真空应该至少有一万亿亿亿亿亿亿亿倍的能量，因为所有的物质和力量都在其中传播。不知何故，所有这些领域对真空的影响几乎相同，产生了平静的静止。为什么真空空间这么空？

虽然我们不知道这个问题的答案，令人苦恼的“宇宙常数问题”，极端真空似乎对我们的存在是必要的。在一个充斥着这种引力排斥能量的宇宙中，空间会迅速膨胀，形成像星系、行星或人类这样的结构。这种微调的情况表明，可能存在大量的宇宙。所有宇宙都有不同的真空能量，而且我们碰巧居住在一个非常低能的宇宙中，因为其他地方不适合我们居住。

一些科学家对“人类推理”的重复理论充满兴趣，但不喜欢多元宇宙，因为多元宇宙是无法测量的。即使是那些接受多元宇宙思想的人，也会寻找宇宙学常数问题的替代解决方案。但是到目前为止，除了多元宇宙这个问题似乎无法解决。马里兰大学理论物理学家Raman Sundrum说：“暗物质的问题非常棘手，非常困难，以至于人们到现在还没有一个或两个解决方案。”

为了理解这个原理，为了探究真空能量究竟是什么，阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）的广义相对论认为，物质和能量告诉时空如何弯曲，时空曲率告诉物质和能量如何移动。这些方程的一个特征就是时空可以拥有自己的能量。当没有别的东西存在时，恒定的量保持不变，爱因斯坦称之为宇宙常数。几十年来，宇宙学家们一直认为它的数值恰好为零，因为宇宙的扩张速度合理稳定，他们想知道为什么。但在1998年，天文学家发现宇宙的膨胀实际上在逐渐加速，意味着存在一个排斥能量渗透空间。被天文学家称为暗能量，它几乎等同于爱因斯坦的宇宙常数。它的存在使得宇宙扩张得更快。宇宙扩张了，新宇宙形成，那么宇宙中的斥力总量也增加了。

然而，这种真空能量的推断密度与量子场论（粒子物理学的语言）对真空的说法相矛盾。当没有粒子穿过它时，量子场是空的。但是由于量子物理中的不确定性原理，量子场的状态永远不能确定，所以它的能量永远不会恰好为零。想象一下，量子场是由空间中每个点上的小弹簧组成。弹簧总是在摆动，因为它们处于最松弛长度的某个不确定范围内。它们总是过于压缩或松弛，始终处于运动状态，因此始终拥有能量。这被称为该领域的零点能量。力场具有正的零点能量，而物质场具有负的零点能量，这些能量总会被加在真空总能量上并从中减去。

总的真空能量应该大致等于这些影响因素中最大的。（假设你收到1万美元;即使花了100美元，或者在沙发上找到3美元，你仍约有1万美元）。然而目前观察到的宇宙膨胀率表明它的价值在60到120个数量级之间，远不止加上去的这一点零点能量，就好像所有不同的正面和负面的零点能量都被某种方式抵消了一样。实现这种均衡的物理机制非常困难，主要有以下两个原因：

首先，对真空能量的唯一影响就是引力，因此拨下它似乎需要引力机制。但是在宇宙最初形成的时候，当这样一个机制可能运行时，宇宙的体积很小。相对于物质和辐射量，它的总真空能量可以忽略不计。所有其他的重力完全可以压倒真空能量的重力效应。“这是解决宇宙常数问题的最大困难之一，”物理学家Raphael Bousso于2007年写道。他说：“在早期宇宙条件下精确调整真空能量的引力反馈机制，可以粗略地与飞机在风暴中按规定飞行路线进行原子精确度测试相比，非常困难。”

综合这一难题，量子场论计算表明，在大爆炸后不久，冷却宇宙中的相变使真空能量产生了价值变化。这就产生了这样一个问题：在这些转变发生之前或之后，平衡真空能量的假设机制是否会发生。该机制怎么知道它们的影响会有多大，如何补偿它们？

到目前为止，这些困难阻碍了科学家们解释真空较轻的质量，除了诉诸于多元宇宙理论。但是最近，一些研究人员一直在探索一种可能：如果宇宙在爆炸后没有存在而是反弹了，在较早的宇宙收缩阶段之后，那么过去的收缩宇宙将是巨大的，并由真空能量支配。也许某种引力机制可能会影响到丰富的真空能量，然后随着时间的推移自然地将其稀释。这个想法给了物理学家Peter Graham、David Kaplan和Surjeet Rajendran思考的灵感，他们发现了一种新的宇宙反弹模型，尽管他们还没有表明真空稀释在收缩宇宙中是如何运作的。

在一封电子邮件中，Bousso称他们的方法“非常值得尝试”，“在一个重大问题上进行了已知和诚实的斗争”。但他补充说，“模型与现实的巨大差距仍然存在，弥补这些差距并使它能够运作，这意义重大。这个建筑已经是一台Rube Goldberg机器，在填补这些缺口之前，它会变得更加复杂。“他和其他多元宇宙论的追随者通过比较，认为他们的解释更简单。