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理论物理学家李淼:宇宙学常数不见得是“常数”

来源:光明网2026-05-18 17:32

  光明网讯 5月17日,2026搜狐科技年度论坛上,理论物理学家、中山大学物理学教授、《超弦史话》《〈三体〉中的物理学》作者李淼以《从黑洞到引力波:理论物理学家眼中的宇宙与文明》为题发表主旨演讲,从宇宙加速膨胀这一重大发现出发,深入阐释了黑洞、引力波、暗能量等前沿物理学概念与人类文明存在的内在联系。

  李淼从90年代天文学家发现的反常现象——宇宙在加速膨胀谈起,并提到弦论已经允许了宇宙学常数的存在。

  他表示,宇宙从大爆炸开始一直向外膨胀,它正好是黑洞过程的反演。而弦论研究出黑洞在塌缩,塌缩的起点则是宇宙学的反演。

  李淼表示,宇宙学常数还在演变。“正好我们生活在技术爆炸的年代,有可能让我们多活几十年,我终有一天会看到,这个宇宙学常数到底是变还是不变。”

  他还提到,宇宙膨胀速度哈勃常数目前的观测结果也存在争议,到底谁对还需要进一步观测,因为暗能量可能是变化的。

  李淼强调,这些都和人类密切相关。“如果没有暗能量,如果暗物质过大或者过小,我们太阳存在不存在,我们人类存不存在,就是非常大的问号。”

  以下为演讲全文:

  我今天讲的话题比较宏大,其实跟我们人类非常有关系。在上世纪90年代发生一件不可思议的事情,什么事情呢?突然天文学家发现一个非常反常的现象,我们的宇宙在加速膨胀。

  这件事情反常什么原因呢?因为万有引力是相互吸引的,即便宇宙在膨胀,一定是越膨胀越慢,因为都相互拽着。所以这让我想起理论家有点不靠谱,包括非常有名的物理学家、天文学家打脸了,理论物理学家很聪明,比上帝更聪明。

  到了90年代末,我自己不太相信。宇宙学常数这个东西很离谱,为什么很离谱呢?因为它非常不自然,它跟物理学所有的日常都没有关系。用今天话来讲,它提供了宇宙中平均的能量密度,这个能量密度小的不可思议,小到跟物质的平均密度差不多。

  我们抬头看天,星星稀稀拉拉的,大部分地方没有星星,银河系之外物质更加稀罕。这提出一个问题,宇宙学常数到底怎么来的?物理学界那么聪明的人,都不知道到底怎么来的。

  我本来是研究弦论的,从90年代末开始对宇宙学发生兴趣,我慢慢向宇宙学这方面漂移,我发现弦论这件事情可以做,并已经证明了宇宙学常数。我就开始觉得,虽然弦论物理学很高傲,但是也非常不靠谱。

  给大家说一个黑洞的事情,为什么我这个标题里有黑洞呢?宇宙整个过程,大家都知道从大爆炸宇宙开始,一直向外膨胀,从一个起点开始向外膨胀,它正好是黑洞过程的反演。

  黑洞就是说比如比太阳大一些的恒星,是太阳20倍的恒星,它是有黑洞的,它不是向外膨胀,它是黑洞的反演。弦论研究出黑洞在塌缩,塌缩的起点,是宇宙学的反演,确实也如此,但是站在黑洞外围永远看不到黑洞的内围。这就导致了一个相当可靠的推论,物理可以来描述整个黑洞,这是非常令人惊讶的事情。这也是韦根斯坦一个重要的结果,推论到弦论里面来,弦论给出很有意思的例子。

  我们再回过头来看宇宙学,非常有意思。如果存在着宇宙学常数或能量的话,宇宙也存在一个世界,就是说我们人类,不管传宗接代到一万年一亿年,10亿年以后,永远看不到一个外部世界,这个外部世界的边界跟黑洞的世界是一样的。

  这个世界有点像黑洞原理,我们现在还在遵循黑洞原理,而且我相信全息原理至少说明一个深刻的道理,这个世界本质上是二维的,不是三维的。

  再接着追问这个事情,既然宇宙有一个暗能量,这个暗能量是不变的,这也是最近观测天文学或者宇宙学关注的内容。这好像有一定的结果,说明宇宙学常数也是变的,换句话说它又不是常数,这又再次打了弦论物理学的脸。弦论物理学可以编造出来很多故事来证明,现在又打了他们的脸。当然弦论物理学家也很庆幸,能马上开始造一些新的故事来说明宇宙常数不等于零。

  宇宙学原理告诉我们,宇宙学常数不见得是常数。我说正好我们生活在技术爆炸的年代,有可能让我们多活几十年,我终有一天会看到,这个宇宙学常数到底是变的还是不变的,到底哪个暗能量模型是对的,我相信我能看到。我(原本)以为我看不到,我再活30年了不起了,但现在技术爆炸,再活50年都有可能。

  关于宇宙学常数这件事情我就讲到这,因为它还在演变,期待宇宙学家来领导我们。因为我是弦论出身,我做了几十年弦论,跟在一帮大人物后面,大人物说做这个你就做那个,大人物说你去做那个我就做那个,这是不正确的。天文物理学家说这个是对的,那个是不对的,才能做出一些真正比较靠谱的工作。

  第二个问题,就是所谓的哈勃常数张力,这是我非常关注的。这个东西也很简单,不要了解太多细节,首先哈勃常数是宇宙膨胀速度,了解这个就行了。

  有观测说哈勃常数应该等于70左右,反正它有一个单位,另外一帮不是靠宇宙学,而是靠观测超新星来得出一个结论,这个哈勃常数应该小点。这两个观测的结果之差,已经超出彼此观测的标准差了之外。换句话说,这两个观测存在矛盾,那到底是谁对呢?都不对,到现在也还在争论。

  通过宇宙学观测得到这个结论,我们把它叫做应该打双引号的“标准宇宙学”,因为现在不一定对。标准宇宙学是什么意思呢?它假定宇宙学常数是个常数,暗物质占20%多,宇宙学常数暗能量占有70%左右,但是它是一个常数,推出来就是宇宙常数70多左右。

  另外一批人通过观测我们附近的超新星,得出另外一个结论,这个膨胀数没有那么大。我们假定大家结论都是对的,只能倒出来一种可能性,这种可能性就是暗能量是变化的。

  我非常兴奋,因为毕竟跟我做的相关。但到底谁对,还需要进一步观测,这就涉及到我讲的第三个话题。如果宇宙学常数是变化的,比如它突然变大,就可以有效来解决矛盾,但是最近好像有观测说结果没有号称的那么高。所以我就想,还是变大了好,最起码我不承认大家都是对的。

  我们现在有引力波的手段,中子星和黑洞合并,这些观测都可以拿出来作为一个独立的工具,也许可以解决这个矛盾,而且对宇宙学家来讲,会带来非常激动的结果。

  最后一个话题,为什么说这些东西跟人类相关呢?如果没有暗能量,如果暗物质过大或者过小,我们太阳存在不存在,换句话说我们人类存不存在,这就是非常大的问号。这个太奇妙了,居然跟我们人类相关。

  (战钊)

[ 责编:张佳兴 ]
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