作者盖尔·麦考密克，宾夕法尼亚州立大学 早期宇宙中的微小量子波动解释了关于宇宙大尺度结构的两个主要谜团，这是一个非常小和非常大的宇宙探戈
宾夕法尼亚州立大学研究人员的一项新研究使用量子环引力理论来解释这些谜团，爱因斯坦的广义相对论认为这些谜团是异常的
荣誉:宾夕法尼亚州立大学丹尼·泽姆巴 虽然爱因斯坦的广义相对论可以解释大量迷人的天体物理学和宇宙学现象，但宇宙在最大尺度上的某些性质仍然是个谜
一项使用环圈量子宇宙学的新研究解释了两个主要的谜团。环圈量子宇宙学是一种利用量子力学将引力物理学扩展到爱因斯坦广义相对论之外的理论
虽然理论上的差异出现在最小的尺度上——比质子还要小得多——但它们在宇宙中最大的可及尺度上产生了影响
这项研究发表在7月29日的在线杂志《物理评论快报》上，也提供了未来卫星任务可以测试的关于宇宙的新预测
虽然缩小后的宇宙图像看起来相当均匀，但它确实有一个大规模的结构，例如，因为星系和暗物质不是均匀分布在整个宇宙中的
这种结构的起源可以追溯到宇宙微波背景(CMB)中观察到的微小不均匀性——宇宙38万年前发出的辐射，我们今天仍然可以看到
但是CMB本身有三个令人困惑的特征被认为是异常的，因为它们很难用已知的物理学来解释
宾夕法尼亚州立大学天文学和天体物理学副教授、该论文的作者郑东辉说:“虽然看到其中一个异常现象在统计学上可能并不显著，但同时看到两个或更多异常现象表明我们生活在一个异常的宇宙中。”
“最近发表在《自然天文学》杂志上的一项研究提出了对这些异常现象之一的解释，这些异常现象引起了如此多的额外关注，它们标志着‘宇宙学中可能存在的危机’
然而，利用量子环宇宙学，我们自然地解决了其中两个异常，避免了潜在的危机
" 过去三十年的研究极大地提高了我们对早期宇宙的理解，包括宇宙中的不均匀性最初是如何产生的
这些不均匀性是早期宇宙中不可避免的量子波动的结果
在非常早期的高度加速膨胀阶段——也就是所谓的膨胀——这些原始的、微小的波动在重力的影响下被拉伸，并在CMB中产生了观察到的不均匀性
根据宾夕法尼亚州立大学科学家开发的回路量子起源范例显示宇宙演化的图表
信用:艾伦·斯通布拉克
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辛格，《物理学》5，142(2012)；亚太地区
斯通布拉克 “为了理解原始种子是如何产生的，我们需要更仔细地观察早期宇宙，在那里爱因斯坦的广义相对论被打破了，”物理教授艾凡·普格(Evan Pugh)说，他是物理学中埃伯利家族的主席，也是宾夕法尼亚州立大学引力和宇宙研究所的主任
“基于广义相对论的标准膨胀范式将时空视为一个平滑的连续体
考虑一件看起来像二维表面的衬衫，但仔细观察你会发现它是由密集的一维线编织而成的
这样，时空的织物就真正被量子线编织起来了
考虑到这些线索，环形量子宇宙学允许我们超越广义相对论描述的爱因斯坦物理学崩溃的连续统——例如超越宇宙大爆炸
" 研究人员先前对早期宇宙的研究用“大反弹”取代了宇宙从无到有的大爆炸奇点的想法，在“大反弹”中，当前膨胀的宇宙从宇宙在其前一阶段收缩时产生的超压缩质量中出现
他们发现，广义相对论所解释的宇宙的所有大尺度结构，在这次大反弹之后，都同样可以用回路量子宇宙学的方程来解释膨胀
在新的研究中，研究人员确定环量子宇宙学下的膨胀也解决了广义相对论下出现的两个主要异常
“我们所说的原始波动发生在非常小的普朗克尺度上，”布拉杰什·古普特说，他当时是宾夕法尼亚州立大学的博士后研究员，目前在奥斯汀的德克萨斯大学的德克萨斯高级计算中心工作
普朗克长度比质子半径小20个数量级
但是在这个难以想象的小尺度上对膨胀的修正同时解释了宇宙中最大尺度上的两个异常，在一个非常小和非常大的宇宙探戈中
" 研究人员还对基本宇宙参数和原始引力波进行了新的预测，这些预测可以在未来的卫星任务中进行测试，包括LiteBird和宇宙起源探测器，这将继续提高我们对早期宇宙的理解。
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