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寰宇延长的问题过火处分身手

寰宇学中发达最好的模子之一，其背后的物理依据亦然最薄弱的。专栏作者莉亚克兰透露，这给咱们留住了一个谜题，它可能会树立或颠覆咱们所融会的物理学。

量子引力表面能否评释大爆炸刚发生后发生了什么？

量子引力表面能否评释大爆炸刚发生后发生了什么？

格雷姆林盖蒂图片社

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寰宇暴胀是一个问题。在寰宇降生的率先极短时候内，东谈主们浩荡合计寰宇延长了约10³⁰倍。然后，就像伊始时一样速即，这种指数增长知难而退。这一主义率先被提倡，是因为若是回溯咱们所看到的星系、恒星等大圭臬寰宇结构的演化经过，你会得出论断：寰宇万物齐发源于一次大爆炸。暴胀表面一次性处分了大爆炸寰宇学的几个问题，但在某些边界它仍然存在一定争议。而关于发愤于将主管宏不雅全国的定律与主管微不雅全国的定律合伙起来的征询东谈主员而言——这疏漏是当代寰宇学中最大的难题——暴胀表面是最大的禁绝。

滥觞，好讯息是，除了解释寰宇怎样从极小变得大得多除外，延长表面还解释了我称之为结构问题的自得——也等于比行星更大的结构究竟是怎样形成的。在延长发生之前，寰宇在很猛进度上是均匀的，惟有量子效应带来的极其微小的变化。延长会把这些变化放大，并引入新的变化，最终使它们实足显耀，让物资通过引力伊始聚首，进而形成星系、恒星以及咱们面前在寰宇中看到的其他一切。若是莫得延长，咱们就不会有恒星，更无须说像星系和超星系团这么浩大的结构了。

可能与直观相悖的是，寰宇延长也解释了为什么寰宇中的一切看起来齐大约疏浚。这被称为视界问题：若是咱们朝两个相悖的标的尽可能远地不雅察，所见景况格外相似。但可不雅测寰宇两头的两个区域相距太远，甚至于无法以任何专诚旨的花样互相作用——即使是通过光——是以若是莫得延长，它们莫得原清爽有任何相似之处。不外，当把延长加入大爆炸模子后，咱们不错说，通盘空间区域在向外快速扩张之前，照旧实足接近，能够互相作用并达到均衡。结构问题和视界问题是团结枚硬币的两面；延长既解释了寰宇为何是块状的，也解释了它为何是平滑的。大爆炸假说中还有其他一些空缺之处，延长也填补了这些空缺。浅近地说，它相称善于解释寰宇如今为何是咱们看到的样式。

不外，它也有月旦者，而况并非莫得兴味。一方面，咱们并不确实明晰寰宇延长为何会发生。要启动寰宇延长，寰宇需要具备极其特定的启动条款，博亚体育中国官方网站入口这就引出了寰宇学家所说的微调问题：咱们无法解释寰宇为何会有这些启动条款，因此这看起来像是咱们在转化数值以匹配表面，而非单纯找到最当然契合的表面。征询东谈主员关于延长表面是否会激发微调问题存在不合，但险些通盘东谈主齐合计微调是晦气的科学。任何表面中出现微调的暗影，齐足以让种种物理学家感到不安。

是以，找到启动延长的机制很难，一朝延长伊始，找到限定它的机制也相似贫瘠，原因访佛。诚然，存在很多不同的延长模子，每个模子齐有支握和反对的字据。当你伊始将寰宇学中的其他谜团与它全部计议时，情况只会变得更复杂。

其中最大的问题是广义相对论与量子力学之间的联系——广义相对论是征询极大圭臬（由引力主导）的物理学，量子力学则是征询极小圭臬的物理学。这两者本应在某个中间地带交织和会，从而能被整合为一套量子引力表面，但事实并非如斯。

暴胀期间过火之前的微小时候片断，是极小与极大互关联联的场地；在这里，一切物资密度极高，威斯人甚至于通常细微的引力变得格外苍劲，且一切物资尺寸极小，充满了量子效应。对量子引力而言，这使得暴胀期间成为遐想的征询边界。

一个奏效的量子引力模子不仅必须解释面前寰宇中相对论和量子力学的效应，还必须解释暴胀若缘何及为何伊始和限定。你对这个问题念念考得越多，它就变得越复杂。

处分通货延长

一种可能的处分决议来自圈量子引力表面，该表面合计寰宇的开首和驱逐大约对称——这是一种大反弹的场景：寰宇先延长，之后收缩，然后再次反弹延长。另一种处分决议是不灭暴胀表面：若是寰宇中某些区域持久以指数级速率延长，那么就不必操心怎样限定暴胀。但这会带来一个问题——形成一个无尽的分形多元寰宇，其中各个延长区域成为独处的寰宇，它们离咱们的寰宇太远，咱们持久无法到达。这个问题独特严重，很猛进度上放松了东谈主们对该模子的支握。无尽多元寰宇对很多物理学家来说难以经受，因为在这么的现实中，通盘可能发生的事情齐会在某个场地发生，因此在无尽多元寰宇框架下作念出的任何看似合理的展望履行上齐无法考据。

跟着更浅近的场景被遗弃，越来越复杂的场景出现了。有夹杂暴胀表面，它引入了至少两个新的场（不是草地或征询边界那种场，而是访佛电磁场的场），这些场捎带了启动、减缓并限定暴胀所需的能量。还有膜暴胀表面，它源自弦表面，相称复杂，可能无法简要解释，但内容上它合计咱们的寰宇存在于不同维度之间的膜上，这不错解释暴胀关联的任何令东谈主困惑的问题。

还有一种叫作念二次引力的表面，它触及修改引力模子，使其在广义相对论容易失效的极高能量密度环境下仍然适用。当你在这些方程中加入量子修正时，暴胀自得就会出现，而咱们归因于相对论的行径会跟着寰宇的演化当然产生。简而言之，它既合适量子力学的法令，又与广义相对论的原则相契合——这两者是物理学中经过极其充分考据的两大撑握。这是一个很好的开首。

量子二次引力可能处分暴胀问题betibup33Shutterstock

量子二次引力疏漏能处分暴胀问题betibup33Shutterstock

betibup33shutterstock图库

量子二次引力的主要问题在于它暗意咱们应该能不雅测到大宗幽魂粒子，但到面前为止咱们尚未在实验中发现任何此类粒子。不外，最近一篇对这一奇特主义提倡新解读的论文给出了其中的原因。征询成果标明，在寰宇暴胀工夫呈指数级延长时，引力变得更强，正如征询东谈主员所说，这导致了幽魂粒子的扼制。

寰宇暴胀得到解释，鬼场问题得以处分，这是个很有远景的主义。量子二次引力的另一个上风在于，它应该会跟随早期寰宇产生的时空震动，尽管这些引力波会相称细微，但下一代探伤器疏漏能够探伤到它们。

个东谈主而言，我合计寰宇暴胀在异日几十年仍会存在一定争议。要解说它怎样发生所需的测量精度险些难以言喻——除了探伤极细微的引力波外，咱们还需要对寰宇微波配景（CMB）进行极其精准的测量，这是寰宇降生之初留住的辐照钤记。此外，即使得到了这些测量数据，确保对其解读正确也存在难度。咱们过去曾误读CMB——那些被合计是寰宇暴胀产生的引力波信号，一度被赞为世纪发现，成果却仅仅星河系尘埃酿成的。寰宇历史中这一险些无尽微小的一忽儿，既有可能突破咱们所融会的物理学，也有可能将咱们用来描摹所居住寰宇的两大最好表面合伙起来。

BY: Leah Crane

FY: AI

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