爱因斯坦把宇宙常数看作他一生中最大的失误，但是当代宇宙学家大概要用宇宙常数来拯救大爆炸理论。

1916年，爱因斯坦出版了他的最伟大的成功之作——广义相对论。但是到1917年，由于他用了一个让他后悔的名词“宇宙常数”而玷污了他那美妙的方程。没有关于宇宙常数的证据，但要少了它，爱因斯坦方程所表明的宇宙要不是在膨胀，就是在坍缩，这与当时流行的信仰——静态宇宙相悖。

爱因斯坦当时要是能同亚利桑那劳威尔天文台的V · 斯里弗交换看法，也许不至于犯下那个出名的错误。因为那时斯里弗正在测定河外星系的光谱，他发现大多数星系发出的光是红移的，原因是它们都急速地飞离地球。1929年，E · 哈勃用这些速度数据还有他自己对这些星系的测量结果，推断宇宙正在膨胀之中，按照这一发现，爱因斯坦声明放弃宇宙常数。宇宙常数从此声名狼藉。

但是最近5年来，宇宙常数又回到人们中间。它的重要性在于它在计算宇宙年龄中的作用。对天文学家来说，宇宙年龄是第一档的难题。从逻辑上说，宇宙不应比它所包容的恒星年轻。但是许多天文学家估算，最古老的恒星显得比宇宙本身还年长几十亿岁。要解决这个矛盾大概只有两种办法：争议较多的一种事关抛弃标准宇宙模式（大爆炸理论）的主要原则；该理论认为大约在150亿年前的一次大爆炸中宇宙诞生，并从此膨胀开来。另一种是重新引入宇宙常数。

大部分宇宙学家仍然厌恶宇宙常数。它不光使爱因斯坦广义相对论方程受到损害，而且似乎它只是一个援引来解决宇宙年龄问题的“虚构因子”。另外，它还意味着一种让人感到别扭的概念。宇宙常数表示真空空间的排斥能量，即所谓反引力，它是由真空而不是由质量产生的。1990年，天文学家发现一种测量宇宙常数的新方法，这种方法可以马上一劳永逸地建立起来而不管宇宙间是否真有一个宇宙常数。

哈勃计时

在标准宇宙模式（它没有宇宙常数）中，宇宙年龄只取决于两个参量：一个是哈勃常数，即宇宙普遍膨胀着的速率，它是能够测量的。另一个是Ω，即宇宙质量密度。要知道怎样计算宇宙年龄，可首先设想一个假设的宇宙，它只有空间而没有质量（Ω=o）。因为没有质量也就没有引力，无以减缓宇宙的膨胀。所以它的膨胀速率是稳定的。

在这样一个宇宙模式中，宇宙的年龄就是哈勃常数的倒数，称之为“哈勃时间”。哈勃常数越大，哈勃时间越短，宇宙就越年轻。无质量宇宙的年龄即等于哈勃时间。但是真实的宇宙具有质量，质量产生的引力牵拉使膨胀减慢。哈勃常数只是已经减慢了的现今的膨胀速率。所以，由于过去宇宙膨胀比现在更快，那么真实的宇宙年龄必然比哈勃时间短。

到底短多少由Ω的大小决定。天文学家为Ω确定这样的界限：如果它小于或等于1，宇宙质量小，膨胀将继续至永远，如果它超过1，宇宙很重，有朝一日质量会使宇宙膨胀逆转而陷入坍缩。观察和理论都指出，Ω的值大约在0.1到1之间。Ω越大，膨胀较之开始时已减缓得越多，即开始时的膨胀比现在快得越多，宇宙就一定越年轻，计算方法是这样：如果Ω是0.1，则宇宙年龄是哈勃时间的90%；如果Ω是0.2，则年龄是哈勃时间的85%，如果Ω是1.0，宇宙年龄就只有哈勃时间的67%。

要计算哈勃时间，就必须知道哈勃常数，即宇宙膨胀速率。在膨胀宇宙里，一星系离我们越远，飞离我们也越快。一星系离我们若比另一星系远1倍，它飞离我们的速度也比另一星系快1倍。举例说，如果一星系离地球100兆秒差距，其退离速度即为每秒5000公里，如果一星系离地球200兆秒差距，其退离速度则为每秒10000公里（一兆秒差距为3.26百万光年）。所以哈勃常数用每兆秒差距每秒公里来表示。这样，哈勃常数50，—对相距100兆秒差距的星系，互相当以每秒5000公里的速度退离，若相距200兆秒差距，则互相以每秒10000公里的速度退离，等等。

对于地球到别的星系的距离，不同的观察者得到不同的数值，所以关于哈勃常数精确值的争论非常激烈。高值与低值相差2倍，即从40到100每兆秒差距每秒公里不等。近几年来许多天文学家发现哈勃常数的高值大约是80；但是哈勃常数值50仍然为不少人所支持，最著名的是加州开纳治天文台的沙德治。

哈勃常数75给出哈勃时间只有130亿年，所以无论Ω的值怎样，宇宙都是非常年轻的：在假定没有宇宙常数给予影响的情况下，当Ω等于0.1，0.2和1.0时，计算所得的宇宙年龄分别只有117亿年，1100年和87亿年。

老恒星比宇宙年龄大

我们的星系包容着紧密的恒星团，叫球状星团，人们认为它的年龄比上面所说的宇宙年龄还大。根据恒星演化理论和对处于不同演化阶段的恒星的观察，估算某些球状星团的年龄大约是150亿年。这些估算年龄中会有误差，不过这样了些年龄还不算最糟。耶鲁大学的Y-W · 李测量RR天琴座恒星，发现靠近星系中心的恒星年龄比最老的球状星团还大10亿年，他还提出，在比我们的星系重得多的星系中最老的恒星大概比这还要年老10亿年。就是说最老的恒星至少比球状星团要年长20亿年。

在这种情况下如果引入宇宙常数会是怎样的呢？宇宙常数代表着膨胀空间中的固有趋向；换句话说，它是真空空间能量。这样的宇宙变得越大，真空空间就越多，宇宙膨胀也越快；膨胀再产生更多的真空空间，又引出更快的膨胀。它是一匹脱缰的马，按指数规律增快其膨胀速率。

因此，如果宇宙间有一个宇宙常数，那么这个常数越大，宇宙的过去一定比现在膨胀得更慢，它的年龄就一定更大。事实上，一个大常数的宇宙，其年龄可以是哈勃时间的2倍，这就使宇宙比它的最年老的恒星年长。

可测量的“虚构因子”

支持宇宙常数还有一个辅助的理由。最流行的大爆炸模式——暴胀说指出，宇宙在出生十分之一秒时显著地膨胀起来。猝发的膨胀把宇宙拉成平坦状，在标准宇宙模式中，Ω等于1。Ω=1的宇宙虽然总是保持着膨胀，但其速率逐渐减慢，因为它恰好处于永远膨胀的宇宙和最终将坍缩的宇宙的边缘上。不过大多数观察取Ω小于1。例如，星系在星系团中的运动和这些星系团在太空中的分布表明，宇宙只有Ω等于0.2或0.3的质量。

这个问题可以用宇宙常数来解决。如果真空空间具有能量，根据爱因斯坦质量和能量相当的原理就可以把这个能量当作质量。因此，宇宙常数能够使宇宙扁平。这时，膨胀理论预言Ω和λ（宇宙常数）相加达到1；不像习惯上所说的宇宙膨胀逐渐变慢而是越来越快。这样，宇宙常数同时解决了两个问题：宇宙不再比最老的恒星年轻；它又与膨胀理论一致。哈勃常数为75时，Ω=0.15，k=0.85就满足几乎每一个年龄为150亿年的平坦宇宙的条件。

那岂不是可以随心所欲地选取宇宙常数值了吗？麻烦就在过于方便。结果大多数宇宙学家把宇宙常数看作是虚构因子。但是现在他们承认宇宙常数可以可靠地测量出来了，宇宙常数改变着遥远物体的距离，宇宙常数越大，特定红移量的星系必然越远。这是因为，如果有宇宙常数，从物体发出光时开始宇宙就加速膨胀，所以现在的距离比假定没有宇宙常数时更远。

引力透镜聚光

计算暗淡星系的数目是探测距离的一种方法。如果星系是在太空均匀地分布的，那么它们离我们的距离越远，可以被我们看见的星系就越多，因为能够测定的空间区域更大了。80年代后期，天文学家观察了蓝色波长区域，据报告有比期望数更多的暗淡星系。他们提出，这大概应归因于宇宙常数，但是在红外波长区域并没有超额的星系，这是个问题。总之，看到高红移量就是看到过去的宇宙而不是现在的宇宙。数十亿年前，星系的数量大概更多，倒不是因为宇宙更大（曾经那样认为），而是因为那时出现了许多的星系。再说，那时的星系可能比现在的亮，因此时间越往前推，能看见的星系越多，即使它们的实际数量相同。这样，星系数的计算也许对宇宙常数不能说明什么问题。

然而在1990年，东京大学的Masataka Fukugita领导的天文学家组和普林斯顿大学的E · 托纳终于各自独立地建立起引力透镜测量宇宙常数的方法，当一个大而重的星系位于观察者和一个类星体之间时就形成引力透镜。星系的引力使类星体的光弯曲，观察者就看到两个或更多个类星体的像。第一个引力透镜映射的类星体是1979年在大熊星座中发现的，从那以后又发现了十几个。

Fukugita组和托纳计算，大量的引力透镜都极大地取决于宇宙常数。宇宙常数越大，一特殊红移量的类星体位置越远，这样，类星体的光在传播向地球的路途上紧靠大而重的星系通过的机会就越多。因此，宇宙常数愈大就应当有愈多的由引力透镜映射的类星体，这种效应很大。对于平坦宇宙来说，λ为0.9时比之λ为0时的由引力透镜映射的类星体多6倍。

如果宇宙常数凋零

从1990年到1992年，以普林斯顿高级研究院的J · 贝格尔和D · 茅斯为首的天文学家们在哈勃太空望远镜上应用“空载时间”（当望远镜从一物体旋转到下一物体时）寻找引力透镜映射的类星体，在空载时间里曝光测定了489个类星体。但是他们发现其中只有很少数类星体被引力透镜映射。他们后来报告说，宇宙常数很小或为零。

1992年，哈佛大学的C · 柯仑湟克公布了一次宇宙常数的测试，也是应用引力透镜。据他计算，透镜星系的红移量在有宇宙常数时比宇宙常数为零时应该大得很多。他分析了已知的引力透镜映射的类星体，排除了大宇宙常数值，与贝格尔的研究结果一致。柯仑湟克的测试方法在未来岁月里将显示其日益明显的决定性意义。因为随着用来作分析用的引力透镜数量的增加他的方法的作用将急剧增大。天文学家现在正在寻找更多的引力透镜映射的类星体。例如，去年年底就有一个射电天文学家组在切沙尔的射电望远镜上发现了几个新的引力透镜映射类星体。

天文学家旨在用这些方法确定宇宙常数的量值。再者，未来几年里还可能看到哈勃常数也许还有Ω的更精确的测量结果。如果一切按计划实现，他们就会找到一个较低的哈勃常数值，一个较小的球状星团年龄，还可能找到一个非零的宇宙常数。这样，宇宙就比它的最老的恒星年龄大，这顺理成章。反之，哈勃常数停留在高值上，球状星团还是非常古老，而宇宙常数被证明非常接近于零以致它不起任何作用，这就使宇宙比它当中的最老的恒星还要年轻。一旦出现这种情况，宇宙学家别无选择，只好把大爆炸理论一抛了之。

（New Scientist，1993年2月20日）