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新的理论计算能将爱因斯坦广义相对论的适用范围，推进到宇宙诞生的最初一瞬间。

撰文：戴维·卡斯泰尔维基（David Castelvecchi） 翻译：王栋

紧接着宇宙大爆炸的那一瞬间，宇宙经历了被称作“暴胀”的爆炸性快速膨胀。根据标准宇宙学理论，这一阶段中能量微小波动的“涟漪”，就是我们今天看到的星系及其他大尺度结构的“种子”。然而，没有人能解释这种“涟漪”自身究竟是如何产生的。

现在，三位物理学家宣布，产生这种波动的关键在于“量子引力”——一个仍处于假想中的理论，其中引力也具有在亚原子物理学中典型的、模棱两可的“不确定性”。

基于爱因斯坦广义相对论的标准宇宙学，无法解释能量涟漪的产生，因为它在极小的尺度上就失效了。在宇宙刚刚开始膨胀前的几乎无限短的一瞬间内（称作普朗克时间），整个已知宇宙局限在比一个原子还要小几个量级的区域里。如果一直回溯到那个时段，相对论就会给出不合理的结论，比如说会得出能量密度无穷大。

为了将爱因斯坦理论的适用范围扩展到这种极端领域内，研究人员发展出了一个名为“圈量子引力”的理论。从上世纪80年代起，艾博埃·阿什特卡（Abhay Ashtekar，现供职于美国宾夕法尼亚州立大学）对爱因斯坦的方程式进行修正，以使它们同量子理论相容。这样做的结果之一是，空间本身不再如同一块平滑的幕布一般，而是由离散的、称为“圈”的单元构成；并且，它们的微观结构还能在同时共存的多种“态”之间振荡。近年来，物理学家还发现，如果圈量子引力理论正确的话（仅仅是如果，因为到目前为止还没有丝毫的实验证据支持它），那么大爆炸其实是我们以前另一个坍缩宇宙的“大反弹”。

现在，阿什特卡的研究组表示，将圈量子引力理论进一步扩展，它就能填补处于大反弹（处于普朗克时间内）和目前宇宙膨胀之间那段失落的空当。此外，它还能解释那些极其重要的，决定我们人类最终得以出现的涟漪的产生。经过计算，研究人员发现，这些涟漪是大反弹时期量子波动的自然产物。

不过，该研究组的预测同那些“气球膨胀模型”有些许不同。这种不同所导致的宇宙演化结果的差异，可经将来对宇宙结构的探测得到确认，阿什特克解释说。

在《物理学评论快报》上发表的这一结果，提供了一种“能将（宇宙）膨胀过程回溯到普朗克尺度之内的自洽（理论）”，阿什特克总结说。

量子引力或许是今天大尺度宇宙结构形成的原因，这一结论“非常漂亮而且令人惊叹，”美国路易斯安那州立大学量子引力理论专家戈赫·普林（Jorge Pullin）评价说（他本人未参与该项研究）。

位于加拿大安大略的普里美特理论物理研究所（Perimeter Institute for Theoretical Physics）主任尼尔·图罗克（Neil Turok）说，阿什特卡的研究组仍需要进行“人为的假设”，才能将宇宙膨胀的起始推回到更早的时间。

圈量子引力论“具有许多有趣的想法，”图罗克评价道，“但如果作为得出进一步预测的根据，它还不够成熟。”