http://phys.org/news/2015-02-big-quantum-equation-universe.html
By Lisa Zyga
Feb 09, 2015
(Phys.org) -- 根據一個新模型，那應用量子校正項（quantum correction terms）來補完愛因斯坦的廣義相對論，宇宙也許會永遠存在。該模型還能夠用來解釋暗物質與暗能量，一次解決多種問題。
目前廣泛認可的宇宙年歲，一如廣義相對論的估計，大約 138 億年。一開始的時候，現有的每樣東西被認為佔據了一個密度無限大的點，即奇點（singularity）。只有當這個點在大霹靂（The Big Bang）中展開時，宇宙才「正式」開始。
雖然大霹靂奇點會直接且不可避免地從廣義相對論的數學中浮現，某些科學家仍將之視為問題，因為數學只能夠解釋奇點之後 -- 而非在奇點上或奇點之前所發生的事。
"大霹靂奇點是廣義相對論中最為嚴肅的問題，因為物理學定律在此顯然崩壞，" 埃及 Benha 大學與 Zewail City of Science and Technology（柴威爾科學科技城）的 Ahmed Farag Ali 表示。
Ali 與共同作者，Saurya Das（加拿大 Alberta，Lethbridge 大學）在一篇已發表於 Physics Letters B 的論文中證明，大霹靂奇點可用他們的新模型解決，而模型中的宇宙無始無終。
老點子的修訂（Old ideas revisited）
物理學們家強調，他們的量子校正項並非臨時添加，專門用來消除大霹靂奇點。他們的研究是基於理論物理學家 David Bohm（大衛．玻姆，為人所知的是他對物理哲學的貢獻。譯註：《整體性與隱纏序╱Wholeness and the Implicate Order》一書作者，其觀點與中華文化的「道」頗有異曲同工之妙）的點子。從 1950 年代開始，Bohm 探索以量子軌跡（quantum trajectories）來取代古典的測地線（geodesics，在一曲面上，二點間的最短路徑）。
在他們的論文中，Ali 與 Das 將這些玻姆量子軌跡（Bohmian trajectories）應用到一個在 1950 年代由物理學家 Amal Kumar Raychaudhuri（印度加爾各答，Presidency 大學）所發展的方程式中。1990 年代， Das 仍為該大學的學生時，Raychaudhuri 是 Das 的老師。
利用經量子校正的 Raychaudhuri 等式（quantum-corrected Raychaudhuri equation），Ali 與 Das 導出經量子校正的 Friedmann 等式，那在廣義相對論的脈絡內描述宇宙的擴展與演化（包括大霹靂）。雖然那並非真正的量子重力論，不過這個模型確實包含來自量子理論與廣義相對論的元素。Ali 與 Das 預期他們的結果即便在完整的量子重力論被公式化後依然能夠成立。
沒有奇點或黑暗東西（No singularities nor dark stuff）
除了沒預測出大霹靂奇點外，新模型也沒有預測到「大崩墜（big crunch）」奇點。在廣義相對論中，宇宙的可能命運之一是：它開始縮水，直到自身崩壞成大崩墜，並再度成為一個密度無限大的點。
Ali 與 Das 在其論文中解釋，因為古典測地線與玻姆量子軌跡之間的一個關鍵性差異，他們的模型避免這些奇點出現。古典測地線最終會彼此交會，而它們收斂的地方就是這些奇點。相較之下，玻姆量子軌跡未曾彼此交會，所以奇點不會出現等式中。
就宇宙學而論，科學家們解釋量子校正可被視為一種宇宙學常數項（暗能量免了）以及一個輻射項（radiation term）。這些項使宇宙維持在一個有限的尺寸，也因而賦予它無盡的壽命。這些項也做出一些預測，那與目前對於宇宙常數以及宇宙密度的觀察非常一致。
新引力粒子（New gravity particle）
就物理學來說，這個模型描述宇宙充滿了一種量子流體（quantum fluid）。這些科學家提出，這種流體也許是由引力子（gravitons，重力子）所組成 -- 一種假設的、無質量的粒子，那斡旋引力。假若存在，引力子被認為在量子重力論中將扮演一個關鍵性的角色。
在最近一篇論文中， Das 與另一個合作者，加拿大 McMaster 大學的 Rajat Bhaduri 使人更信任（lent further credence to）這個模型。他們證明，在每個時代的宇宙中所出現的溫度下，引力子能形成玻色--愛因斯坦凝聚（Bose-Einstein condensate，以愛因斯坦以及另一位印度物理學家 Satyendranath Bose 為名）。
受到這個模型有潛力能解決大霹靂奇點並解釋暗物質與暗能量的激勵下，物理學家們計畫在未來更嚴苛地分析他們的模型。他們的未來研究包括重做他們的研究，同時將小型的異質性（small inhomogeneous）以及異向性擾動（anisotropic perturbations）納入考慮，不過他們並沒有預期小型擾動會大大影響結果（譯註：蝴蝶效應）。
"可以有把握地說，像這樣直白的校正，有潛力能一口氣解決許多問題，" Das 表示。
※ 相關報導：
＊ Cosmology from quantum potential
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0370269314009381
Ahmed Farag Ali, Saurya Das.
Physics Letters B. Volume 741, 4 February 2015, Pages 276–279.
doi: 10.1016/j.physletb.2014.12.057.
arXiv:1404.3093[gr-qc]. (http://arxiv.org/abs/1404.3093)
＊ Dark matter and dark energy from Bose-Einstein condensate
http://arxiv.org/abs/1411.0753
Saurya Das, Rajat K. Bhaduri.＊ 大霹靂有可能是反物質變成物質的快速轉換嗎？
arXiv:1411.0753 [gr-qc]
＊ 反斥重力是暗能量的替代品（第二部份：在量子真空中）
＊ 量子實驗證明「時間」從量子糾結中「浮現」
＊ 暗物質：波長為天文級的量子波動？
＊ 量子糾結在創造的同時會導致蟲洞產生？
＊ 宇宙暴脹的第一個直接證據
＊ 時空中偏好某方向的新證據挑戰宇宙學原理
＊ 理解「超固體」的重大物理學突破
＊ 「油浴」能解開量子世界之謎？
沒有留言:
張貼留言