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        为什么我们无法建立宙膨胀理论模型?跨普朗克审查制度猜想是什么

        来源: 赢家娱乐

          一直以来,物理学家一直无法破解消失的小种子飞向宇宙的那一瞬间所发生的事情的奥秘。现在,一位科学家认为他知道为什么他们不能对这种被称为宇宙膨胀的现象进行物理描述:宇宙不允许我们这样做。

          具体来说,科学家描述了一个新的猜想,该猜想指出,关于年轻的宇宙,“观察者应被屏蔽”,以免直接观察到宇宙中最小的结构。

          换句话说,按照定义,物理学家可能永远无法使用常规工具建立宇宙膨胀模型,他们将不得不想出一种更好的方法。

          但是为什么不呢?这种新的猜想是基于不完整信息的观点或思想,将责任归咎于宇宙膨胀模型的特定特征。这些模型在时空上的波动非常小,并且使其变得更大。但是,我们没有关于这些小波动的完整的物理理论,因此具有该特征(几乎是所有特征)的通胀模型将永远行不通。

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          输入字符串理论,这可能是阐明宇宙膨胀秘密的关键。

          对宇宙的大规模结构和大爆炸的剩余光的观察表明:在非常早的宇宙中,我们的宇宙可能经历了一个令人难以置信的快速膨胀时期。这一被称为宇宙膨胀的非同寻常的事件使宇宙在极短的一秒钟内变成了万亿万亿倍。

          在变得庞大的过程中,膨胀也使我们的宇宙有些颠簸。随着膨胀的展开,最小的随机量子波动(时空本身的固有波动)变得越来越大,这意味着某些区域比其他区域更加密集。最终,这些亚微观的差异逐渐变成宏观的……甚至更大,在某些情况下从宇宙的一端延伸到另一端。几百万亿年后,密度的微小差异逐渐成为恒星,星系和宇宙中最大结构的种子。

          天文学家强烈怀疑这样的宇宙膨胀故事发生在宇宙的早期,那时还不到一秒。即使如此,他们也不知道是什么引发了宇宙膨胀,它是由什么推动的,它持续了多长时间或是什么导致了宇宙膨胀。换句话说,物理学家对这一重大事件缺乏完整的物理描述。

          在大多数通胀模型中,更令人困惑的是,在极小的尺度上的波动会被夸大,成为宏观上的差异。有多小?更细小比普朗克长度,或大约1.6×10 ^零下35米(由34个零和小数点前面数16)。这就是重力的强度可以与自然界的其他基本力相媲美的尺度。在这样的规模下,我们需要一个统一的物理学理论来描述现实。

          所以我们有一个问题。大多数(如果不是全部)宇宙膨胀模型要求宇宙增长得如此之大,以至于普朗克次子之间的差异变得宏观化。但是我们不了解普朗克次物理。因此,如果我们不了解基础物理原理,我们怎么可能建立宇宙膨胀的理论模型呢?

          超越普朗克规模

          也许答案是:我们不能。曾经。这个概念称为跨普朗克审查制度猜想(TCC)(在此名称中,“跨普朗克”是指达到普朗克长度以下的任何事物)。

          瑞士加拿大理论宇宙学家,加拿大蒙特利尔麦吉尔大学教授罗伯特·布兰登伯格(Robert Brandenberger)最近发表了对TCC的评论。布兰登伯格说:“ TCC是约束可行的宇宙学的新原理。” 在他看来,TCC暗示我们大规模世界中的任何观察者永远都无法“看到”在微小的跨普朗克尺度上发生的事情。即使我们有量子引力理论,TCC指出,生活在普朗克政权下的任何事物都永远不会“跨越”宏观世界。关于TCC对于宇宙膨胀模型可能意味着什么,不幸的是,这不是一个好消息。

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          大多数宇宙膨胀理论都依赖一种称为“有效场论”的技术。由于我们没有一种理论可以统一高能和小尺度的物理学(又称宇宙膨胀之类的条件),因此物理学家试图建立低能版本以取得进步。但是在TCC之下,这种策略是行不通的,因为当我们使用它建立宇宙膨胀模型时,宇宙膨胀的过程发生得如此之快,以至于它使“普朗克次子”政权“暴露于”宏观观察之下,布兰登伯格说。

          鉴于这个问题,一些物理学家想知道我们是否应该对早期宇宙采取完全不同的方法。

          弦气体宇宙学是在弦理论下对早期宇宙建模的一种可行方法,弦理论本身是将经典物理学和量子物理学置于同一顶峰的统一物理理论的希望之选。在弦气体模型中,宇宙永远不会经历快速膨胀的时期。取而代之的是,宇宙膨胀时期要平缓得多,并且在普朗克长度以下的波动永远不会“暴露”给宏观宇宙。低于普朗克尺度的物理永远不会长大成为可观测的,因此TCC令人满意。但是,串气模型还没有足够的细节来检验可观察到的宇宙膨胀证据。

          TCC与宇宙膨胀和统一物理理论(如弦论)之间的另一个症结点有关。弦论预言了大量潜在的宇宙,其中我们特定的宇宙(包括其力和粒子集以及其余的物理学)仅代表一个。似乎大多数(如果不是全部)宇宙膨胀模型在基本层面上都不符合弦理论。相反,它们属于弦论家所说的“沼泽地”(swampland)可能的宇宙区域,它们在物理上根本不现实。

          TCC可能是沼泽地拒绝宇宙膨胀的一种表现。

          仍然有可能建立一个满足TCC(并且生活在弦理论的沼泽地之外)的传统通胀模型。但是如果TCC是正确的,这将严重限制物理学家可以建立的模型的种类。如果宇宙膨胀设法持续足够短的时间(想象一下,缓慢吹起气球并在气球弹出前停下来),同时仍在播种可能有一天长成大块结构的种子,那么宇宙膨胀理论可能行得通。

          目前,TCC尚未得到证实——这只是一个推测。它与弦理论的其他思路相吻合,但是弦理论本身也未经证实(实际上,该理论还不完整,甚至还无法做出预测)。但是,这样的想法还是有用的,因为物理学家从根本上不了解宇宙膨胀,任何可以帮助加深这种思维的事物都是值得欢迎的。

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