IT之家 9 月 4 日消息，一項關于宇宙起源的全新突破性理論指出，引力波 —— 即阿爾伯特?愛因斯坦在 1915 年首次預言的時空微小漣漪，可能是宇宙物質的“源頭”，并最終催生了星系、恒星與行星。

該理論旨在摒棄標準大爆炸理論中一系列具有推測性的可調參數(shù)。這些參數(shù)可被隨意修改的特性本身就存在爭議：這意味著科學家無法判斷某一宇宙起源模型是真正能預測現(xiàn)代宇宙的觀測結果，還是僅僅為了貼合現(xiàn)有觀測圖景而“量身調整”。

“數(shù)十年來，宇宙學家一直在研究‘暴脹范式’模型。該模型認為宇宙曾以驚人速率膨脹，并能解釋我們如今觀測到的一切現(xiàn)象?！卑腿_那大學的研究團隊負責人勞爾?希門尼斯向 Space.com 介紹，“而我們的新模型提出，時空本身的自然量子振蕩 —— 也就是引力波，足以引發(fā)微小的密度差異，正是這種差異最終孕育了星系、恒星和行星。”

帕多瓦大學的團隊成員達尼埃萊?貝爾塔卡也表示：“暴脹范式能夠解釋為何我們的宇宙具有高度均勻性和各向同性（即各個方向上物質數(shù)量與密度均相同），同時也能說明原初密度的量子起源漲落，是由標量場真空漲落的放大所產(chǎn)生。這一點至關重要，因為正是這些原初量子漲落，構成了我們如今所見宇宙整體結構的‘種子’。但問題在于，這一理論包含過多‘自由’或‘可調’參數(shù)，它們可被隨意設定。在科學研究中，過多的靈活性反而可能成為問題。因為這會讓我們難以判斷，一個模型是真正在進行預測，還是在事后根據(jù)觀測數(shù)據(jù)進行‘馬后炮’式的調整?！?/p>

該團隊提出的模型，以一種名為“德西特空間”的膨脹宇宙狀態(tài)來描述初始宇宙暴脹。研究人員解釋，這種空間可被視為“引力子”的凝聚態(tài) —— 引力子是一種假設粒子，其傳遞引力的方式，與光子作為電磁力的‘信使粒子’（即規(guī)范玻色子）傳遞電磁力的方式類似。

當?shù)挛魈貢r空處于近平衡狀態(tài)時，量子效應會變得極強，使宇宙轉變?yōu)榛煦绲牧孔酉到y(tǒng)，此時德西特時空便會完全衰變。

這一整套模型僅依賴單一能量尺度，而該尺度能夠解釋宇宙演化的所有預測結果。

這一設定使得模型不再需要一系列假設性的場與粒子，例如“暴脹子”場 —— 在部分大爆炸模型中，暴脹子場是一種具有高勢能的假設場，能在早期宇宙中產(chǎn)生排斥力，從而引發(fā)快速的指數(shù)級暴脹。與之不同，在新模型中，作為時空本身自然量子振蕩的引力波，已足以產(chǎn)生密度漲落，而這種漲落正是物質形成星系、恒星、行星等結構的關鍵。

“這幾乎像‘魔法’一樣神奇。因為德西特尺度唯一的自由參數(shù)就是其能量尺度，而由于其復雜性和非線性特征，這一參數(shù)恰好與觀測到的漲落水平相關聯(lián)?！必悹査ū硎?，“該模型的核心優(yōu)勢，恰恰在于其簡潔優(yōu)美的設計，以及不存在自由參數(shù)這一特點。此外，我們認為該模型能夠簡潔自然地解釋暴脹的能量尺度與時間進程。這兩個因素不僅決定了所有可觀測的預測結果，也是解決宇宙視界問題和平坦性問題的關鍵?！?/p>

當然，科學并非魔法。對于任何科學理論而言，通過觀測證據(jù)進行驗證都是核心環(huán)節(jié)。該團隊認為，他們的模型能夠提供可在天文數(shù)據(jù)中檢測到的“指紋”。

“與所有理論模型一樣，我們的模型也需要通過測量和觀測來驗證。研究人員如今及未來，都可以結合地面實驗與太空實驗的數(shù)據(jù)，對其進行分析、評估與比對?！必悹査ㄕf，“這些引力漣漪會隨著時間的推移發(fā)生相互作用，并逐漸形成復雜結構，由此產(chǎn)生的可驗證預測，研究人員現(xiàn)在便可與真實數(shù)據(jù)進行對比?！?/p>

能夠證實或推翻這一新模型的數(shù)據(jù)包括：對“宇宙微波背景輻射”（CMB）這一“宇宙化石”的測量 —— 宇宙微波背景輻射是大爆炸后不久某一事件留下的輻射場；此外，對宇宙大尺度結構的觀測，以及對原初引力波的測量，也可能決定該新模型的“生死”。

“我們的研究構建了一個極簡卻極具說服力的框架，它既簡潔優(yōu)美，又具有可證偽性。這正是最理想的科學研究模式：提出明確的預測，供未來的觀測結果驗證或推翻?！毕ｉT尼斯總結道，“最終，這些新成果表明，要解釋宇宙的奧秘，我們或許無需依賴那些推測性的‘成分’，只需深入理解引力與量子物理即可。如果該模型得到證實，它或將開啟人類思考宇宙起源的全新篇章?！?/p>

IT之家注意到，該團隊的研究成果已于 7 月發(fā)表在《物理評論研究》（Physical Review Research）期刊上。