接下來我們把小球替換為一個精質(zhì)場,同時把井換成這個場的勢壘。在宇宙的早些時候,精質(zhì)場具有某一較高的勢能值,并逐漸向能量最低的狀態(tài)(井底)下滑——但至今尚未達(dá)到。這一下滑過程非常緩慢(在小球模型中,我們可以把井壁做得非常平坦,只有很小的傾斜度),所以在現(xiàn)在的宇宙中,精質(zhì)場仍然具有大量的勢能。正是這些勢能充當(dāng)了負(fù)壓力的角色,并為宇宙加速膨脹提供動力。

隨著宇宙的進(jìn)一步膨脹,精質(zhì)場的勢能會繼續(xù)下降,并因此改變精質(zhì)的狀態(tài)方程——方程中的w會有所增大,但依然保持負(fù)值。根據(jù)這一模型,精質(zhì)場的勢能最終可能會轉(zhuǎn)化為一種新型物質(zhì)粒子(小球模型中摩擦生熱的過程,在這里對應(yīng)著新粒子的產(chǎn)生),而宇宙也會因此改由物質(zhì)主導(dǎo),并重新回到減速膨脹的狀態(tài)。與此相對,理論物理學(xué)家還認(rèn)為在宇宙初期,也應(yīng)該存在一個類似精質(zhì)場的機(jī)制——稱為暴脹(inflation)——將宇宙推進(jìn)到加速膨脹的狀態(tài)。我們將在第12章中詳細(xì)介紹這一機(jī)制。

在絕大多數(shù)精質(zhì)理論中,暗能量的密度都隨時間減少,但也有一些模型預(yù)言暗能量密度將逐漸增加。根據(jù)宇宙巧合問題,人們甚至提出,精質(zhì)暗能量的能量密度可能會隨輻射和物質(zhì)的變化而變化。在這些模型中,宇宙早期的精質(zhì)場能量密度隨輻射能量一起變化,并像寄生蟲一樣模仿著輻射的行為。當(dāng)物質(zhì)占據(jù)主導(dǎo)地位之后,精質(zhì)又轉(zhuǎn)而依附于物質(zhì)密度并隨之變化。這些模型的關(guān)鍵難點,在于尋找一個能讓精質(zhì)場自己拿主意的機(jī)制,這樣它才能穩(wěn)定地達(dá)到我們今天所觀測到的暗能量密度。

可能性三:“其他”

從這個名字就可以看出,能歸到這一類的理論是永遠(yuǎn)不會有窮盡的。只要暗能量的問題沒有徹底解決,科學(xué)家們就會不斷產(chǎn)生新的想法,直到水落石出的那一天為止。和前兩類相比,這一類中的絕大多數(shù)模型并不太有吸引力,有些甚至只是為了給出理論的極限。它們常常會給出一些富有戲劇性的結(jié)果,下面我們就介紹兩個非常有代表性的例子。12

第一個例子是宇宙常數(shù)和精質(zhì)的結(jié)合。在絕大多數(shù)精質(zhì)模型中,宇宙常數(shù)都被嚴(yán)格設(shè)定為零,且暗能量完全由精質(zhì)構(gòu)成。關(guān)于這一點,我們實際上沒有任何確鑿的證據(jù),也就無法判斷它是對是錯。對這種引入雙重因素的模型而言,其不確定度會由于兩種新物理機(jī)制的引入而大大增加,也因此為宇宙的未來提供了另一種可能性。當(dāng)精質(zhì)最終衰減為零時,真空能量將取而代之,成為宇宙能量密度最主要的成分。