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宇宙是如何诞生的?量子理论研究进展

新浪科技讯北京时间6月6日消息,宇宙是如何诞生的?一种理论认为,宇宙是通过某些量子机制产生的虚无,如量子隧道效应。在20世纪80年代,物理学家斯蒂芬霍金和詹姆斯哈特尔进一步发展了这一观点,指出时间在宇宙诞生之前就存在了。这个基础使他们得出的结论是宇宙中没有初始边界条件,无论是时间还是空间。这个想法被称为“无边界计划”或“Hawkin-Hartel状态”。

宇宙是如何诞生的?量子理论研究取得进展

然而,准确描述物理系统如何从零范围移动到某个有限范围将是一个挑战。为了描述所涉及的量子效应,物理学家使用路径积分表示。量子力学的路径积分表示是量子物理学的推广和制定方法,它从经典力学中的作用原理延伸而来。它取代了经典力学中的单一路径,其量子幅度包括两点之间所有路径的和或函数积分。

但是,虽然路径积分表达在描述如何使宇宙从虚无中“无中生存”方面更成功,但根据其原理,结果将包含某种不稳定的干扰,这表明宇宙将是高度异质的,并且每个对异性。但在实践中,我们观察到的宇宙通常是均匀的,各向同性的,即在所有方向上的观察通常是相似的。因此,从量子力学路径积分表达方法得到的结论偏离了实际观察,并且无法准确描述观测到的宇宙。这使得一些科学家认为所谓的“无边界方案”并没有为我们提供准确描述宇宙起源的解决方案。

但现在,在一项新发表的研究中,德国波茨坦马克斯普朗克引力物理研究所的物理学家Alice Di(也称为“阿尔伯特爱因斯坦研究所”)Alice Di Tucci和Jean-Luc Lehners的作品表明在使用路径积分表示方法时,有一些方法可以避免这种理论上预期的不稳定性。因此为无边界计划提供了一个非矛盾的定义。

莱纳斯说:“我认为我们最大的突破在于我们给出的新定义,它不再将宇宙的诞生描述为完全没有时间和空间。相反,在新的数学框架下,我们可以避免以前的不稳定性。总之,我们认为时间和空间存在波动。这实际上是任何人在研究量子理论时都应该期待的事情。这种现象,因为量子不确定性的原理需要这样的波动或波动时刻,甚至在时间和空间本身。“

这种新方法结合了以前提出的几种理论来克服不稳定性问题,它们的工作实质上改变了路径积分方法定义的空间中的几何。路径积分基本上表示宇宙在特定时刻的状态,它将穿过某些点(称为“鞍点”),其效果对应于可能的霍金 – 哈特尔状态。

然而,大多数这些鞍点都不稳定。在这项最新研究中,研究人员做出的最大和最重要的改变是改变整个几何形状的边界条件,从而消除路径积分中存在的不稳定鞍点。在新几何中,只有一个鞍点通过路径积分过程,并且该鞍点是稳定的,从而避免了原始方案中的固有不稳定性。在这个稳定的鞍点处,应该存在由无边界方案定义的霍金 – 哈特尔状态。

通过展示建立无边界方法的稳定方法,预计这一结果将引发对宇宙诞生方式的重新思考。但是,仍有许多问题有待解决。

Linus说:“在未来,我们计划在我们采用字符串理论时,我们的新定义是否仍然牢固扎根。此外,我们将探讨是否还有其他正式无边界方案是稳定的定义,并且最大的问题之一仍然存在:我们的理论是否可以得出可以通过观察得到验证的结论。“