大约一个多世纪前，阿尔伯特·爱因斯坦将注意力从引力本身转向了整个宇宙的命运。1917年，在发展出广义相对论后不久，他开始将他的这些新方程应用于宇宙学。广义相对论改变了我们对引力的理解，因此问这些相同方程在可能的最大尺度上对宇宙的含义是合乎逻辑的。引力是一个理所当然的起点。宇宙平均来说是电中性的，这意味着电磁力并不主导其大规模行为。爱因斯坦也对强核力和弱核力一无所知（公正地说，没人知道），但是这些相互作用只在非常短的距离范围内发生。 爱因斯坦意外的动态宇宙 对于宇宙学，引力决定了物质在巨大距离上的行为。如果你想象一个代表“宇宙”的物质集合，爱因斯坦的方程可以告诉你这个集合应该如何演化。爱因斯坦发现的结果令他感到惊讶。广义相对论并不自然地描述一个永远保持不变的宇宙。相反，方程指向一个动态的宇宙，要么扩展，要么收缩。这个结论与当时的主流观点相冲突，而当时人们认为宇宙是静态的，并在整个宇宙历史中基本保持不变。爱因斯坦通过在他的方程中添加一个“宇宙学常数”来做出反应，用希腊字母Lambda表示。广义相对论已经允许这样的项。在简单的术语中，它就像是一种内建于时空本身的引力影响，即使在空虚的空间中也能存在。根据其值，该影响可以产生吸引或排斥。爱因斯坦选择了一个抵消物质引力的值，使宇宙保持稳定。这个解决方案并没有持续太久。 扩展的宇宙改变了一切 几年后，爱德温·哈勃发现宇宙正在扩张。与此同时，俄罗斯宇宙学家亚历山大·弗里德曼等理论家更加字面地解释了爱因斯坦的方程，并发展了支持大爆炸理论的理论基础。爱因斯坦最终放弃了宇宙学常数。他后来告诉朋友，引入它是他“最大的错误”。随后出现了另一个重大惊喜。快进到1998年。两个天文学团队试图解决关于宇宙包含多少物质的长期争议。不同的观察产生了截然不同的估计，有的表明物质相对较少，而其他一些则表明物质更多。天文学家已经知道宇宙在扩张。然而，由于物质会产生引力，因此这些物质应该逐渐减缓扩张。通过测量扩张减速的强度，研究人员希望确定实际的物质数量。然而，他们发现了相反的情况。 宇宙在加速 宇宙的扩张并没有减缓，而是在加速。观察结果仍然表明，宇宙包含的物质相对较少，但即使这些物质也不足以解释天文学家所见的现象。似乎有什么东西正在推动宇宙扩张随着时间的推移而加快。最简单的解释就是一个熟悉的概念：爱因斯坦的宇宙学常数。一个产生宇宙排斥的常数背景效应可以解释观察到的加速现象。几十年后，爱因斯坦放弃的想法作为新数据的主要解释回归了。 暗能量重塑现代宇宙学 在1980年代和1990年代，宇宙学家们发展出一个越来越复杂的框架，被称为宇宙学标准模型（物理学家喜欢称之为“标准”的模型）。但发现宇宙扩张在加速，这意味着该模型无法再以现有形式存在。它的替代品成为我们当前对宇宙自大爆炸以来演化的最佳描述：LCDM宇宙学。Lambda代表宇宙学常数，也称为暗能量。CDM代表冷暗物质，认为是几乎每个星系中大部分质量的来源。冷暗物质本身就是一个故事。在这里，重点是Lambda。 显著成功的模型却有问题 LCDM异常成功。它也意外地简单，依赖于只有少数可调参数和少量假设，即使在广义相对论的框架内。尽管如此简单，模型能够解释各种观测结果。它描述了宇宙的扩张历史、背景辐射的出现、BAO特征、星系的形成、大规模宇宙结构的发展等等。LCDM已经成为