宇宙可能没有开始 而是一直存在 一种新的量子引力理论揭示它的运作

    来源: 赢家娱乐

      也许我们的宇宙一直存在——而一种新的量子引力理论揭示了它是如何运作的。

      英国利物浦大学研究时间本质的物理学家布鲁诺·本托 (Bruno Bento),在他的工作中,他采用了一种新的量子引力理论,称为因果集理论,其中空间和时间被分解为离散的时空块。根据这个理论,在某种程度上,时空有一个基本单位。

      Bento 和他的合作者使用这种因果集方法来探索宇宙的起源。他们发现宇宙可能没有开始——它一直存在于无限的过去,直到最近才演变成我们所说的大爆炸。

    宇宙可能没有开始 而是一直存在 一种新的量子引力理论揭示它的运作.jpg

      一个量子引力

      量子引力可能是现代物理学面临的最令人沮丧的问题。我们有两个非常有效的宇宙理论:量子物理学和广义相对论。量子物理学成功地将自然界的四种基本力(电磁力、弱力和强力)中的三种力描述到微观尺度。另一方面,广义相对论是有史以来对引力最有力、最完整的描述。

      但是,尽管广义相对论有其所有优点,但它还是不完整的。在宇宙中至少有两个特定的地方,广义相对论的数学完全崩溃,无法产生可靠的结果:在黑洞的中心和宇宙的开始。这些区域被称为“奇点”,它们是我们当前的物理定律在时空中崩溃的地方,它们是广义相对论正在绊倒自己的数学警告信号。在这两个奇点中,引力在非常小的长度尺度上变得非常强大。

      因此,要解开奇点的奥秘,物理学家需要对强引力进行微观描述,也称为引力量子理论。有很多竞争者,包括弦理论和圈量子引力。

      还有另一种方法可以完全改写我们对空间和时间的理解。

      因果集理论

      在所有当前的物理学理论中,空间和时间都是连续的。它们形成了一个光滑的结构,是所有现实的基础。在这样一个连续的时空中,两个点在空间上可以尽可能的接近,两个事件在时间上也可以尽可能的接近。

      但另一种称为因果集理论的方法将时空重新想象为一系列离散的块,或时空“原子”。这个理论会严格限制事件在空间和时间上的接近程度,因为它们不能比“原子”的大小更接近。

      例如,如果您正在看屏幕阅读此内容,一切似乎都流畅且连续。但是,如果您通过放大镜看同一个屏幕,您可能会看到分割空间的像素,并且您会发现,让屏幕上的两个图像比单个像素更近是不可能的。

      这个物理学理论让 Bento 兴奋不已。“我很高兴找到这个理论,它不仅试图尽可能地基础——它是一种研究量子引力的方法,实际上是重新思考时空本身的概念——而且它也赋予了时间及其物理意义的核心作用意味着时间的流逝,你的过去到底有多真实,以及未来是否已经存在。”Bento告诉 Live Science。

    时空由离散块或时空“原子”组成,类似于计算机图像的像素.jpg

      时间的开始

      因果集理论对时间的本质有着重要的影响。

      “因果集哲学的很大一部分是时间的流逝是物理上的,它不应该归因于某种涌现的幻觉或发生在我们大脑中使我们认为时间流逝的事情;这种流逝是,本身就是物理理论的体现。”本托说:“所以,在因果集理论中,一个因果集会一次增长一个‘原子’,并且变得越来越大。”

      因果集方法巧妙地消除了大爆炸奇点的问题,因为在理论上,奇点是不存在的。物质不可能压缩到无限小的点——它们可以得到不小于时空原子的大小。

      那么,如果没有大爆炸奇点,我们宇宙的开端会是什么样子呢?Bento 和他的合作者、伦敦帝国理工学院的研究生 Stav Zalel 就在那里找到了线索,探索因果集理论对宇宙初始时刻的看法。

      本托说:“这篇论文研究了因果集方法中是否必须存在一个开始”。“在最初的因果集公式和动力学中,经典地说,因果集从无到有生长到我们今天看到的宇宙中。相反,在我们的工作中,不会有大爆炸作为开始,因为因果集对宇宙来说是无限的。过去,所以总有一些事情发生。”

      他们的工作意味着宇宙可能没有开始——它只是一直存在。我们认为的大爆炸可能只是这个始终存在的因果集演化过程中的一个特定时刻,而不是真正的开始。

      然而,仍有很多工作要做。目前尚不清楚这种无始无终的因果方法是否允许我们可以使用物理理论来描述大爆炸期间宇宙的复杂演化。

      “人们仍然可以问这种[因果集方法]是否可以以‘合理‘的方式解释,或者这种动态在更广泛的意义上意味着什么,但我们证明了一个框架确实是可能的.”本托说。“所以至少在数学上,这是可以做到的。”

      换句话说,这是……一个开始。

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