一个国际研究小组提出了引力理论的扩展，能够解决有关宇宙最初时刻的历史僵局。这个数学模型被称为二次量子引力，在爱因斯坦的广义相对论和大爆炸初始阶段的量子力学原理之间建立了一座技术桥梁。
滑铁卢大学和周界研究所的研究员尼亚耶什·阿夫肖迪（Niayesh Afshordi）进行的这项研究表明，引力本身具有必要的物理元素来证明空间的原始膨胀是合理的。该公式消除了额外假设场的使用，改变了传统宇宙学在基本宇宙结构形成方面建立的范式。
早期宇宙中广义相对论的局限性
阿尔伯特·爱因斯坦 (Albert Einstein) 于 1915 年发表的广义相对论在描述大规模天体物理现象（例如星系的运动和行星的轨道）方面具有极高的精度。然而，当物理学家试图将其应用于大爆炸最初几毫秒或黑洞致密核心中存在的极端条件时，该数学框架就会遭受结构性崩溃。
在绝对密度、无法计算的温度和时空极端曲率的情况下，经典方程会产生奇点。这个概念定义了一个数学点，在该点物理量达到无限值，使得任何可预测的计算变得不可能。 Niayesh Afshordi 教授澄清说，方程中无穷大的存在表明该理论已经超出了其运行可靠性极限。
General relativity loses functionality on energy scales as high as those recorded at the birth of the universe.为了克服这一技术障碍，科学界花了数十年时间采用理论修补方法。标准方法是保持爱因斯坦方程完整，并添加额外的数学层，例如宇宙膨胀场，以解释原始爆炸后不久空间的加速膨胀。
宇宙膨胀成为物理教科书中的主要模型，但它总是承担着需要从未在实验室或望远镜中直接观察到的元素的负担。需要假设未知的能量来进行数学运算，这引起了理论学家的不适，这促使他们寻找一种更优雅、更统一的解决方案来解决物质起源问题。
量子力学和空间的自然膨胀
新的提议扭转了物理系近几十年来所采用的研究逻辑。研究小组没有插入外部成分来修复广义相对论的缺陷，而是修改了引力理论本身的结构。中心目标是确保即使在极端的能量和压力水平下方程也保持一致和可操作。
这种理论延伸在粒子物理学术语中被称为“紫外线完整性”。该方法研究了早期宇宙的混沌行为是否直接源自修改后的引力，能够在高能环境中稳定运行。二次量子引力模型保留了爱因斯坦的数学基础，但纳入了可稳定任何规模计算的新术语。
将这种扩展的引力应用于大爆炸场景所产生的结果令研究作者本人感到惊讶。与宇宙膨胀相同的加速膨胀阶段自然地从新方程中出现，无需手动插入任意参数。膨胀行为已成为修正重力的固有属性。
除了解释展开式之外，数学公式还消除了对初始奇点的需要。无限密度点被认为是现代宇宙学中最大的障碍之一，但在二次量子引力的计算中消失了。宇宙现在有了一个可以用一致的物理定律描述的起源，没有数学上的违反，需要暂停已知的自然规则。
在宇宙微波背景中寻找证据
从数学假设到综合科学理论的转变需要严格的经验证明。研究人员为下一阶段的调查制定了明确的指导方针，重点是收集可以根据传统通胀理论验证新模型预测的数据。
观测测试和理论改进的路线图包括以下天体物理学的基本步骤：
- 完善数学模型的理论基础，以测试复杂宇宙场景中的稳定性。
- 制定准确的观测预测，将新重力模型与传统的膨胀模型区分开来。
- 追踪在时间之初产生的原始引力波传播的特定模式。
- 研究宇宙微波背景中的微妙异常，被认为是太空中最古老的发光化石。
- 处理来自下一代望远镜的数据以确认或放弃提出的假设。
Niayesh Afshordi 教授强调，这些工具是唯一能够提供有关宇宙历史极其遥远时期的物理直接信息的探测器。引力波或宇宙微波背景中特定特征的检测将作为二次量子引力有效性的决定性证据。
地面和太空天文台已经绘制了天空地图，以寻找这些原始波动。宇宙微波背景辐射整个可见宇宙，其温度仅比绝对零高几度，包含微小的温度变化，可以作为大爆炸后不久的物质分布图。新模型预测了这些热斑的特定模式。
对当代宇宙学模型的影响
新的数学公式针对当前宇宙学数据的表现为科学界带来了有希望的结果。二次量子引力准确地拟合了现有的天文观测结果，在特定模拟中超越了几种标准暴胀模型的效率。尽管这一调整并不代表明确的证据，但它验证了研究人员选择的路径的可行性。
量子引力工作理论的制定仍然是现代理论物理学的最终目标。广义相对论与量子力学的成功统一将解决宏观星系与亚原子粒子微观世界之间根本的不相容性。目前，这两个物理学领域采用的数学规则彼此不相通。
周边研究所团队提出的假设的证实将改变人类对时空结构的理解。这项工作表明阿尔伯特·爱因斯坦走在正确的道路上，他的理论只需要自然的数学扩展就可以在绝对能量状态下运行。科学发展到这样一种情况：宇宙的起源不需要创造外来力，而是依赖于重力本身的性质。