浩瀚的宇宙来自“真空涨落”吗?

作者: 邢志忠

来源: 中科院之声

发布日期: 2018-04-04

本文探讨了宇宙起源的理论,特别是关于真空涨落如何可能催生宇宙的观点。文章介绍了爱德华·特莱恩和阿兰·古斯的理论贡献,以及他们的研究如何影响了宇宙学的发展。

早在三百多年前,德国数学家戈特弗里德·莱布尼茨就曾向浩瀚的宇宙发问:“Why is there something rather than nothing?”这个令科学家和哲学家困扰不已的问题在1973年终于有了一个答案:是真空的量子涨落催生了今天的宇宙!换句话说,“无中生有”可能是宇宙的真正起源,是宇宙大爆炸理论和暴胀理论的原始种子。

1973年12月,大名鼎鼎的英国《自然》杂志发表了一篇两页纸的学术论文,题目是“宇宙是真空涨落的产物吗?”,作者是名不见经传的美国纽约市立大学亨特学院的年轻教师爱德华·特莱恩。特莱恩在论文中指出,我们的浩瀚宇宙起源于看似一无所有的真空的量子涨落。热力学第一定律告诉我们,能量是守恒的,既不能被创造也不能被消灭。因此“无中生有”意味着宇宙来自“零”能量的虚空,这样才不会破坏能量守恒定律。

特莱恩设想,个别或少量“虚”粒子有可能“实在”化,并最终演变成广袤无垠的宇宙。但特莱恩无法说清楚真空涨落所产生的微观“虚”粒子世界具体是以何种方式从极小尺度演变成了今天极大尺度的宏观宇宙的。他的理论缺乏数学支撑,主要靠猜想和思辨,因此无法令人信服,至少在当时的科学界几乎没有受到任何关注。

1981年1月,美国物理学会主办的《物理评论D》期刊发表了一篇题为“暴胀的宇宙:关于视界和平坦性问题的一个可能的解决方案”的论文,作者是年轻的理论物理学家阿兰·古斯。

这篇迄今为止已被引用6700余次的文章成为大爆炸宇宙学发展史上的里程碑,因为它比较令人信服地回答了特莱恩的论文当年无法回答的问题:也许是某种形式的暗能量,比如真空能,以迅雷不及掩耳之势驱动了宇宙的瞬间暴胀,从而使得通过真空涨落而生成的微观“虚”粒子世界得以瞬间膨胀到宏观宇宙的规模。

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