研究表明，一种新的量子引力理论可以解释宇宙学中最大的难题

一篇理论论文提出，一种新的量子引力理论试图将量子物理学与爱因斯坦的相对论结合起来，可以帮助解决宇宙膨胀的难题。

新的研究表明，量子引力理论的一种变体——量子力学和爱因斯坦的广义相对论的统一——可能有助于解决宇宙学中最大的难题之一。

近一个世纪以来，科学家们已经知道宇宙正在膨胀。但近几十年来，物理学家发现不同类型的膨胀率测量（称为哈勃参数）会产生令人费解的不一致之处。

为了解决这个悖论，一项新的研究建议将量子效应纳入一个用于确定膨胀率的重要理论中。

“我们试图解决并解释两种不同的重要观测类型的哈勃参数值之间的不匹配，”研究合著者 P.K.印度海得拉巴大学物理学教授苏雷什通过电子邮件告诉《生活科学》。

一个不断扩大的问题

埃德温·哈勃 (Edwin Hubble) 于 1929 年首次发现了宇宙的膨胀。他用当时最大的望远镜进行的观测表明，距离我们较远的星系似乎以更快的速度远离。尽管哈勃最初高估了膨胀率，但随后的测量完善了我们的理解，使当前的哈勃参数高度可靠。

20 世纪后期，天体物理学家引入了一种新技术，通过检查宇宙微波背景（即大爆炸的普遍“余辉”）来测量膨胀率。

然而，这两种类型的测量出现了严重的问题。具体来说，较新的方法产生的哈勃参数值比通过遥远宇宙物体的天文观测推导出来的值低了近 10%。不同测量之间的这种差异被称为哈勃张力，表明我们对宇宙演化的理解存在潜在缺陷。

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在《经典与量子引力》杂志上发表的一项研究中，Suresh 和他来自海得拉巴大学的同事 B. Anupama 提出了一种解决方案来协调这些不同的结果。他们强调，物理学家利用基于爱因斯坦广义相对论的宇宙演化模型，间接推断出哈勃参数。

该团队主张修改这一理论以纳入量子效应。这些效应是基本相互作用所固有的，包括随机场波动和空间真空中粒子的自发产生。

尽管科学家有能力将量子效应整合到其他领域的理论中，但量子引力仍然难以捉摸，这使得详细的计算变得极其困难甚至不可能。更糟糕的是，对这些效应的实验研究需要达到比实验室可达到的温度或能量高出许多数量级的温度或能量。

认识到这些挑战后，苏雷什和阿努帕玛将重点放在许多提出的理论中常见的广泛量子引力效应上。

苏雷什说：“我们的方程不需要考虑所有事情，但这并不妨碍我们通过实验测试量子引力或其影响。”

他们的理论探索表明，在描述宇宙膨胀最初阶段（称为宇宙膨胀）的引力相互作用时考虑量子效应，确实可以改变该理论对目前微波背景特性的预测，从而使哈勃参数的两种类型测量结果一致。

当然，只有在了解了成熟的量子引力理论后才能得出最终结论，但即使是初步发现也令人鼓舞。此外，该团队表示，宇宙微波背景和量子引力效应之间的联系为在不久的将来通过实验研究这些效应开辟了道路。

苏雷什说：“量子引力应该在早期宇宙的动力学中发挥作用；因此可以通过测量宇宙微波背景的特性来观察其影响。”

“未来一些致力于研究这种电磁背景的任务很有可能并有望测试量子引力......它为解决和验证与量子引力相结合的宇宙学暴胀模型提供了一个有希望的建议。”

此外，作者认为早期宇宙中的量子引力现象可能塑造了该时期发射的引力波的特性。用未来的引力波天文台探测这些波可以进一步阐明量子引力特性。

苏雷什说：“到目前为止，我们只观测到来自各种天体物理来源的引力波，但尚未检测到来自早期宇宙的引力波。” “希望我们的工作将有助于确定正确的暴胀模型并探测具有量子引力特征的原始引力波。”