一个国际研究小组开发了一种修正的引力理论，可以解决物理学最大的谜团之一：宇宙是如何诞生的。所谓的二次量子引力试图在大爆炸的最初时刻弥合爱因斯坦广义相对论和量子力学之间的差距。
由滑铁卢大学和周界研究所教授 Niayesh Afshordi 领导的这项研究表明，引力本身就包含了解释宇宙初始膨胀所需的成分，而无需依赖额外的假设概念。该作品对宇宙起源的传统观点提出了质疑。
爱因斯坦理论的问题
广义相对论由阿尔伯特·爱因斯坦 (Albert Einstein) 于 1915 年提出，在描述大尺度宇宙方面异常准确。然而，当应用于大爆炸的最初时刻和黑洞内部时，该理论面临着严重的崩溃。
在密度、温度和曲率这些极端条件下，爱因斯坦方程预测了奇点，即密度和温度变得无穷大的点。 “这通常表明该理论已经超出了可靠范围，”阿夫肖迪解释道。广义相对论根本无法在宇宙诞生时存在的高能量下发挥作用。
几十年来，科学家们一直在努力解决这种不完整性。标准方法是接受广义相对论，然后添加额外的理论层（主要是假设的膨胀场）来解释宇宙如何在大爆炸后如此迅速地膨胀。
新引力如何运作
阿夫肖迪和他的团队的提议扭转了这一逻辑。他们没有用额外的成分来修复广义相对论，而是扩展了引力理论本身，使其即使在极高的能量下也能保持一致。这种延伸就是物理学家所说的“紫外线完整性”。
阿夫肖迪说：“我们的方法询问，一旦早期宇宙以在极端能量下表现更好的方式拉伸，早期宇宙中的某些行为是否可以直接来自重力。”二次量子引力以爱因斯坦方程为基础，但添加了数学术语，以确保该理论适用于任何能量尺度。
令人惊讶的是，当研究小组将这种扩展的引力应用于大爆炸时，方程式中自然出现了类似暴胀的阶段。不需要手动输入。阿夫肖迪说：“它能够从重力本身中产生，真是太神奇了。”该模型还可能消除初始奇点的概念，即一切都无限的不可能点。
即将进行的观察测试
研究人员指出了未来研究的两个主要方向：
- 提高对模型的理论理解，并测试其在已研究的简化场景之外的鲁棒性
- 制定清晰的观测预测，使该理论与更传统的通货膨胀模型区分开来
- 寻找原始引力波的特定模式
- 分析宇宙微波背景 (CMB) 中的微妙痕迹，宇宙微波背景是宇宙第一道光的宇宙化石遗迹
- 使用未来观察的数据来证实或反驳假设
阿夫肖迪解释说：“这些是少数几个能够直接告诉我们极其遥远的时代的物理现象的探测器。”如果未来的观测发现了原始引力波的正确模式，或者模型预测的宇宙微波背景上的独特标记，它将提供一种具体的方法来测试这种早期宇宙的观点是否正确。
适合当前数据
所提出的模型非常适合当前可用的宇宙学数据。在某些情况下，它比许多标准通货膨胀模型更适合观察结果。这并不能证明该理论是正确的，需要更多的时间和观察，但它提供了希望，这条道路可以带来真正的答案。
量子引力代表了理论物理学的圣杯。将广义相对论与量子力学统一起来将填补我们对自然理解的根本空白。这将解释宇宙如何在巨大的宇宙尺度和微小的亚原子尺度上运行，而这两种理论是不相容的。
如果阿夫肖迪和他的团队的方法被证明是正确的，那么它不仅可以更一致地解释大爆炸。这也意味着爱因斯坦几乎可以肯定，他的理论只需要自然延伸即可在真正的极端能量下发挥作用，而不需要额外的全新概念。