分享

无需奇点开始于有限!科学家证明宇宙诞生自量子涨落且镜像纠缠

 tjboyue 2025-03-18

2025年3月17日,《Europhysics Letters》期刊发表了一项颠覆性研究:印度理工学院甘地讷格尔分校的纳曼·库马尔(Naman Kumar)提出,我们的宇宙可能并非诞生于大爆炸奇点,而是与它的时间反演镜像——一个'反宇宙’——通过量子过程共同从'无’中浮现。这项研究用数学证明,平坦宇宙的诞生可以不需要传统理论中的空间曲率,而是通过量子势完成时空结构的'平滑焊接’。

当量子势成为宇宙的隐形支架

无需奇点开始于有限!科学家证明宇宙诞生自量子涨落且镜像纠缠

传统宇宙学中,空间曲率(k=0为平坦,k=1为闭合,k=-1为开放)是决定宇宙演化的核心参数。但观测显示我们的宇宙近乎完美平坦,这迫使科学家追问:平坦性是天生的还是后期形成的?库马尔发现,在量子层面,描述粒子运动的波函数中天然存在的'量子势’,能完美替代经典理论中空间曲率的功能。

打个比方,就像用隐形的脚手架撑起正在建造的大楼。当宇宙从欧几里得相(时间像空间维度一样行为)过渡到洛伦兹相(正常时间流逝)时,量子势充当了这个脚手架。这使得即使初始空间曲率为零,宇宙也能在量子涨落中自发形成平坦结构——这与哈特尔-霍金的无边界提案形成鲜明对比,后者因需要特定曲率而难以解释观测到的暴胀规模。

无需奇点开始于有限!科学家证明宇宙诞生自量子涨落且镜像纠缠

更激进的是,该模型引入了CPT对称性。这个物理定律要求,如果我们的宇宙沿着时间正向演化,必然存在一个电荷、宇称、时间全反的镜像宇宙。两者在经典时空上分离,却在量子层面纠缠。这种纠缠可能埋藏着暗能量的线索——当我们的宇宙加速膨胀时,反宇宙可能在逆向收缩,量子关联产生的能量差异或许就是驱动膨胀的神秘推手。

绕过奇点的量子手术刀

传统大爆炸理论的奇点困境,在这里被量子过程化解。研究显示,宇宙初始尺度因子呈余弦曲线变化,在'时间诞生’的瞬间具有有限大小。这类似于量子隧穿效应:宇宙不是从零尺寸'爆炸’,而是从某个极小但非零的量子泡沫中'浮现’。这一机制与维连金的隧穿模型有相似之处,但后者无法同时满足暴胀所需的大量e-fold数(宇宙膨胀倍数),而量子势的存在让暴胀自然发生。

暗物质:宇宙镜像的量子遗产?

无需奇点开始于有限!科学家证明宇宙诞生自量子涨落且镜像纠缠

最引人遐想的是,这对宇宙-反宇宙的量子纠缠可能留下可观测痕迹。例如,反宇宙中物质与暗物质的比例可能与我们的宇宙呈镜像对称。当两个宇宙的量子关联在暴胀期间被拉长到宇宙尺度,可能形成特殊的密度扰动模式——这或许能在未来的宇宙微波背景偏振观测中找到证据。当然,这种推测需要更精确的数学模型验证。

被重构的宇宙起源

无需奇点开始于有限!科学家证明宇宙诞生自量子涨落且镜像纠缠

这项研究本质上是对宇宙创生的量子化重构。它不再需要'无中生有’的哲学跳跃,而是将创世过程纳入现有物理框架:

- 用量子势替代空间曲率,解决平坦性观测与理论预设的矛盾

- 通过CPT对称性实现时间双向创世,规避时间起点的定义难题

- 量子纠缠的双宇宙为暗物质、暗能量提供统一解释的可能接口

当然,这还只是理论拼图的第一块。研究团队正在寻找该模型的可观测信号,比如特定频段的原初引力波,或者大尺度结构中的拓扑缺陷分布。毕竟,再优美的数学构造,也需要通过望远镜的镜片接受检验。

参考文献:

Naman Kumar, Creation of a flat universe-antiuniverse pair from nothing, Europhysics Letters (2025). DOI: 10.1209/0295-5075/adb451

科学剃刀,每日推送关于核聚变、理论物理、太空探索的最新动态,老铁们,来个赞支持一下。

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息,谨防诈骗。如发现有害或侵权内容,请点击一键举报。
    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多