现代宇宙学入门：从宇宙学常数到暗能量
课程简介
这门课带你从爱因斯坦的广义相对论出发，搞懂"宇宙学常数"到底是什么、为什么它被抛弃又回来，以及今天我们用哪些观测（超新星、微波背景、重子声学振荡）来给宇宙称重。适合对天文和物理有兴趣、但没系统学过宇宙学的学习者。
学习目标
- 理解广义相对论场方程里宇宙学常数 Λ 的物理含义。
- 说清 1998 年加速膨胀发现的观测逻辑（标准烛光法）。
- 知道今天约束暗能量的几类主要探针及其局限。
章节概览
- 第一章：爱因斯坦的静态宇宙与那个"错误"
- 第二章：哈勃膨胀与 Λ 的退场
- 第三章：1998 超新星与加速膨胀
- 第四章：暗能量与 ΛCDM 标准模型
- 第五章：2026 新观测与未解之谜
核心概念精讲
Λ 是什么。在爱因斯坦 1915 年的引力场方程右边加上一项 Λgμν，就得到带宇宙学常数的方程。Λ 在几何上等效于一个"处处均匀、不随稀释而减弱"的能量密度（真空能），它带来的引力效应是斥力——和物质的吸引力相反。没有它时，方程只允许膨胀或收缩的宇宙，装不下爱因斯坦当时想要的"静止宇宙"，所以他亲手加了 Λ；1929 年哈勃发现宇宙在膨胀后，这项目失去了理由，爱因斯坦称其为"最大的错误"。
怎么从方程里看出加速。含 Λ 的弗里德曼方程给出加速度项 a¨/a ∝ −(ρ+3p)/2（c=1）。普通物质压强近零，贡献为负（减速）；真空能的物态 p=−ρ，于是 ρ+3p = −2ρ < 0，反而给出正的加速度（加速）。所以 Λ 不是"让宇宙膨胀"，而是"让膨胀越来越快"。
1998 年为什么是分水岭。两个小组用 Ia 型超新星作"标准烛光"测远距离星系的距离—红移，发现高红移处的超新星比"一直减速膨胀"模型预言的更暗——意味着宇宙在较晚时期反而加速了。这一观测直接要求存在占今日能量密度约 70% 的"暗能量"，Λ 被请了回来。此后微波背景（CMB）锁定早期几何与物质密度、重子声学振荡（BAO）与超新星给出晚期距离尺度，三者交叉约束出 Ωm≈0.3、ΩΛ≈0.7 的 ΛCDM 标准模型。
2026 还没 closing 的疑问。暗能量"是不是严格的常数"取决于状态方程 w=p/ρ：Λ 对应 w≡−1。若未来探针（如罗曼空间望远镜、DESI 类巡天）测到 w 随红移偏离 −1，就意味着暗能量会演化（精质类），爱因斯坦那个"常数"就要被部分改写。这是当前宇宙学最前沿的开放问题之一。
图1：早期减速、后期加速的宇宙膨胀示意（距离—红移关系偏离纯减速模型）
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