爱因斯坦预言的引力波是宇宙万物的来源？新理论挑战大爆炸模型

IT之家 9 月 4 日消息，一项关于宇宙起源的全新突破性理论指出，引力波 —— 即阿尔伯特・爱因斯坦在 1915 年首次预言的时空微小涟漪，可能是宇宙物质的“源头”，并最终催生了星系、恒星与行星。

该理论旨在摒弃标准大爆炸理论中一系列具有推测性的可调参数。这些参数可被随意修改的特性本身就存在争议：这意味着科学家无法判断某一宇宙起源模型是真正能预测现代宇宙的观测结果，还是仅仅为了贴合现有观测图景而“量身调整”。

“数十年来，宇宙学家一直在研究‘暴胀范式’模型。该模型认为宇宙曾以惊人速率膨胀，并能解释我们如今观测到的一切现象。”巴塞罗那大学的研究团队负责人劳尔・希门尼斯向 Space.com 介绍，“而我们的新模型提出，时空本身的自然量子振荡 —— 也就是引力波，足以引发微小的密度差异，正是这种差异最终孕育了星系、恒星和行星。”

帕多瓦大学的团队成员达尼埃莱・贝尔塔卡也表示：“暴胀范式能够解释为何我们的宇宙具有高度均匀性和各向同性（即各个方向上物质数量与密度均相同），同时也能说明原初密度的量子起源涨落，是由标量场真空涨落的放大所产生。这一点至关重要，因为正是这些原初量子涨落，构成了我们如今所见宇宙整体结构的‘种子’。但问题在于，这一理论包含过多‘自由’或‘可调’参数，它们可被随意设定。在科学研究中，过多的灵活性反而可能成为问题。因为这会让我们难以判断，一个模型是真正在进行预测，还是在事后根据观测数据进行‘马后炮’式的调整。”

该团队提出的模型，以一种名为“德西特空间”的膨胀宇宙状态来描述初始宇宙暴胀。研究人员解释，这种空间可被视为“引力子”的凝聚态 —— 引力子是一种假设粒子，其传递引力的方式，与光子作为电磁力的‘信使粒子’（即规范玻色子）传递电磁力的方式类似。

当德西特时空处于近平衡状态时，量子效应会变得极强，使宇宙转变为混沌的量子系统，此时德西特时空便会完全衰变。

这一整套模型仅依赖单一能量尺度，而该尺度能够解释宇宙演化的所有预测结果。

这一设定使得模型不再需要一系列假设性的场与粒子，例如“暴胀子”场 —— 在部分大爆炸模型中，暴胀子场是一种具有高势能的假设场，能在早期宇宙中产生排斥力，从而引发快速的指数级暴胀。与之不同，在新模型中，作为时空本身自然量子振荡的引力波，已足以产生密度涨落，而这种涨落正是物质形成星系、恒星、行星等结构的关键。

“这几乎像‘魔法’一样神奇。因为德西特尺度唯一的自由参数就是其能量尺度，而由于其复杂性和非线性特征，这一参数恰好与观测到的涨落水平相关联。”贝尔塔卡表示，“该模型的核心优势，恰恰在于其简洁优美的设计，以及不存在自由参数这一特点。此外，我们认为该模型能够简洁自然地解释暴胀的能量尺度与时间进程。这两个因素不仅决定了所有可观测的预测结果，也是解决宇宙视界问题和平坦性问题的关键。”

当然，科学并非魔法。对于任何科学理论而言，通过观测证据进行验证都是核心环节。该团队认为，他们的模型能够提供可在天文数据中检测到的“指纹”。

“与所有理论模型一样，我们的模型也需要通过测量和观测来验证。研究人员如今及未来，都可以结合地面实验与太空实验的数据，对其进行分析、评估与比对。”贝尔塔卡说，“这些引力涟漪会随着时间的推移发生相互作用，并逐渐形成复杂结构，由此产生的可验证预测，研究人员现在便可与真实数据进行对比。”

能够证实或推翻这一新模型的数据包括：对“宇宙微波背景辐射”（CMB）这一“宇宙化石”的测量 —— 宇宙微波背景辐射是大爆炸后不久某一事件留下的辐射场；此外，对宇宙大尺度结构的观测，以及对原初引力波的测量，也可能决定该新模型的“生死”。

“我们的研究构建了一个极简却极具说服力的框架，它既简洁优美，又具有可证伪性。这正是最理想的科学研究模式：提出明确的预测，供未来的观测结果验证或推翻。”希门尼斯总结道，“最终，这些新成果表明，要解释宇宙的奥秘，我们或许无需依赖那些推测性的‘成分’，只需深入理解引力与量子物理即可。如果该模型得到证实，它或将开启人类思考宇宙起源的全新篇章。”

IT之家注意到，该团队的研究成果已于 7 月发表在《物理评论研究》（Physical Review Research）期刊上。