一开始,有…嗯,也许没有开始。也许我们的宇宙一直都存在着——一种新的量子引力理论揭示了它是如何工作的。
"现实中有很多东西,大多数人都会联想到科幻甚至幻想;英国利物普大学的一位研究时间本质的物理学家Bruno Bento说。
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,在该理论中,空间和时间被分解为离散的时空块。在某种程度上,有';根据这个理论,时间是时空的基本单位。
本托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';宇宙可能没有起源——它一直存在于无限的过去,直到最近才演化成我们所说的大爆炸。
量子引力也许是现代物理学面临的最令人沮丧的问题。我们有两种非常有效的宇宙理论:量子物理学和广义相对论。量子物理学已经成功地描述了自然界四种基本力(电磁力、弱力和强力)中的三种,直至微观尺度。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。
但尽管广义相对论有诸多优点,但它是不完整的。在宇宙中至少有两个特定的地方,广义相对论的数学简单地崩溃了,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";这些都是时空中我们现有的物理定律崩溃的地方,它们是数学上的警告信号,表明广义相对论正在自我绊倒。在这两个奇点中,引力在非常小的尺度上变得异常强大。
因此,为了解开奇点之谜,物理学家需要对强引力进行微观描述,也称为量子引力理论。有很多竞争者,包括弦论和循环量子引力。
在当前所有的物理学理论中,空间和时间都是连续的。它们形成了一种平滑的结构,构成了所有现实的基础。在这样一个连续的时空中,两点在空间上尽可能接近,两个事件在时间上尽可能接近。
"现实有很多东西,大多数人都会联想到科幻甚至幻想"
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" 这一理论将严格限制事件在空间和时间上的接近程度,因为它们可以';不要比"的大小更近;原子"
例如,如果你';当你在屏幕上读到这篇文章时,一切看起来都很顺利和连续。但是如果你用放大镜看同一个屏幕,你可能会看到分割空间的像素,而你';d发现它';It’要使屏幕上的两幅图像比一个像素更近是不可能的。
这个物理理论激发了便当"我很激动地发现了这个理论,它不仅试图尽可能地从根本上——作为量子引力的一种方法,并且实际上重新思考了时空本身的概念——而且它还赋予了时间以中心作用,以及它对时间流逝的物理意义,你的过去有多实际,未来是否已经存在;本托告诉《生活科学》。
"因果集哲学的很大一部分是,时间的流逝是一种物理现象,它不应该被归因于某种突发的幻觉,也不应该归因于我们大脑中发生的让我们认为时间流逝的事情;这一过程本身就是物理理论的一种表现";便当说"因此,在因果集理论中,一个因果集将增长1#39;原子';一次又一次,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,奇点可以#39;不存在。它';物质不可能压缩到无限小的点——它们的大小不可能小于时空原子。
那么,如果没有大爆炸奇点,我们宇宙的开始是什么样子的呢?那';本托和他的合作者、伦敦帝国理工学院的研究生斯塔夫·扎勒尔(Stav Zalel)就是在这里开始探索因果集理论对宇宙初始时刻的解释。他们的研究发表在9月24日预印本数据库arXiv上的一篇论文中。(该论文尚未在同行评议的科学期刊上发表。)
论文研究了";因果集方法中是否必须存在一个开始,";便当说"在最初的因果集公式和动力学中,经典地说,因果集从无到有发展到我们今天看到的宇宙。相反,在我们的工作中,不会有大爆炸作为开始,因为因果关系集对过去来说是无限的,所以有#39;以前总是这样"
他们的工作意味着宇宙可能没有开始——它只是一直存在。我们所感知的大爆炸可能只是这个一直存在的因果关系演化过程中的一个特殊时刻,而不是真正的开始。
那里';然而,还有很多工作要做。它';目前还不清楚,这种没有开始的因果关系的方法是否允许我们使用物理理论来描述宇宙在大爆炸期间的复杂演化。
"人们仍然可以问,这种[因果集方法]是否可以用';合理';或者这种动态在更广泛意义上的物理意义,但我们证明了一个框架确实是可能的,";便当说"所以至少在数学上,这是可以做到的"