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子虚乌有大爆炸?无始无终大宇宙-头条网

这幅空间扩张的概念源自一位艺术家,不同的圆形截面代表不同时间的空间(包括假设的和不可测量部分的宇宙)。注意看左侧的戏剧性扩张(不按比例)发生在膨胀时期,到中间位置时扩张加速。大爆炸进度的左侧用WMAP图像表示,还展现了处于合适发展水平的代表性恒星。所有权:美国航空航天局

世界科技研究新闻资讯网——根据量子修正项与爱因斯坦广义相对论的结合模型,宇宙可能无始无终永远存在。这个模型也能解释暗物质和暗能量,一下子解决了多重疑问。

大家所广泛接受的宇宙历史,广义相对论的估值为138亿年。洪荒之初,一切源于一个无限稠密的点,或称奇点。奇点在“大爆炸”时开始扩张,正式拉开宇宙的帷幕。

广义相对论中的数学直接和不可避免地引出了大爆炸奇点问题,一些科学家认为数学只能解释大爆炸之后发生的事情,而不是大爆炸本身或者之前的奇点形成。

“大爆炸奇点是广义相对论中最严肃的的话题,因为物理规律到这里似乎不管用,”埃及泽维尔市科学与技术中心、本哈大学的艾哈迈德·法拉格·阿里(Ahmed Farag Ali)告诉世界科技研究新闻咨询网。

阿里和他合著者,来自加拿大阿尔伯塔莱斯布里奇大学的苏亚·达斯(Saurya Das),一起展示了他们发表在《物理快报B》上的文章,指出他们的新模型可以解决大爆炸奇点的问题,说明宇宙是无始无终的存在。

重新审视旧观念

物理学家强调消除大爆炸奇点并不是量子修正项的特殊意图。他们的研究基于理论物理学家大卫·伯姆(David Bohm)的想法,伯姆因在物理哲学领域的特殊贡献而闻名于世。上世纪50年代开始,伯姆就开始探索替代传统测地线(曲面上两点之间的最短路径)的量子轨迹。

在文中,阿里和达斯将伯姆的轨迹和印度加尔各答总统大学的阿迈勒·库玛尔·瑞查德符里(Amal Kumar Raychaudhuri)提出的方程相结合。90年代瑞查德符里还曾是当时尚未毕业的达斯的老师。

使用瑞查德符里的量子修正方程,阿里和达斯推导出量子修正弗里德曼方程,描述了以广义相对论为背景的宇宙的演化与扩张(包括大爆炸)。尽管不是一个真正的量子重力理论,但该方程的确结合了量子理论和广义相对论。阿里和达斯也希望在全套的量子重力理论成型前保留他们的研究结论。

奇点和暗物质都不存在

不仅没有预测大爆炸奇点,新模型也未能预知“大坍塌”奇点。在广义相对论中,收缩是宇宙的可能宿命之一,它会在大坍塌中崩塌,重新收缩成一个无限稠密的点。

阿里和达斯的文章解释说,由于传统测地线和伯姆轨迹的重要不同,使他们的模型避免了奇点。传统测地线最终彼此交叉,并在奇点处收敛汇合。相反,伯姆轨迹从来没有彼此交叉,因此奇点并未在方程中出现。

在宇宙术语中,科学家们认为量子修正项可以被看成是宇宙常数项(不包含对暗能量的需求)和辐射术语。这些术语将宇宙定格在有限的大小,由此赋予它无限的年岁。这些术语还作出了接近宇宙的宇宙学常数和电流密度观察的预测。

新的重力粒子

从物理术语来看,这个模型描述了一个充满量子流体的宇宙。科学家们认为这种流体可能由重力粒子组成——假设的调解重力的无质量介子。如果重力粒子存在,它被认为在量子重力理论中发挥关键作用。

在一篇相关文章中,达斯和另一位合作伙伴,加拿大麦克马斯特大学的让加特·巴杜日(Rajat Bhaduri)进一步印证了这个新模型。他们推导出重力粒子可以形成波斯-爱因斯坦凝聚体(以爱因斯坦和另一位印度物理学家波斯Satyendranath Bose的名字命名),在低温情况下可以存在于任何时代的宇宙中。

受到该模型有可能解决大爆炸奇点问题并说明暗物质和暗能量的激励,物理学家们计划在未来更加严格地分析他们的模型。接下来,他们会在重做研究,并加入小小的非均质各向异性扰动,但专家们认为小扰动不会对结果造成重大影响。

“让人满意的是能够知道这样简单的修正有可能一次性解决所有问题,”大卫说。

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