新研究正试图为我们理解“万物起源”提供一个没有“开端”的答案。
一
在宇宙学教材里，大爆炸是万物的开端。
但在物理学家眼里，这却是一个“无效”的计算结果。
根据广义相对论，回溯到138亿年前的那一刻，宇宙会坍缩成一个密度无穷大、体积为零的“奇点”。数学上，这叫发散；物理学里，这叫失效。我们最信赖的引力理论，在最重要的时刻，居然“崩溃”了。
最近，《物理学评论快报》上的一项新研究给出了一个大胆的答案：也许宇宙根本没有经历过那个可怕的奇点。 所谓的“开端”，可能只是一个更宏大、更平滑的量子引力过程的自然结果。
二
广义相对论是描述引力最成功的理论之一，它解释了黑洞、引力波和宇宙的膨胀；甚至连GPS导航系统都依赖它修正时间误差。但它却有一个致命缺陷：当能量密度无限大时，便会失效。而宇宙诞生的那一刻，正是这样一种极端环境。
这实际上意味着我们对宇宙起点的理解，建立在一个“理论空白区”上。
来自加拿大滑铁卢大学、圆周理论物理研究所和约克大学的科学家，在论文中讨论了一种被称为“量子二次引力（Quadratic Quantum Gravity）”的新理论框架。
三
该框架的核心思想相当简单：如果把引力方程写得更完整一些，让曲率项不仅是一阶，还包含平方项，那么在极高的能量状态下，依然能够保持可计算性。
经过修改的理论不再在宇宙起点崩溃。它暗示我们，奇点问题可能只是原始理论不够完整造成的假象。
现代宇宙学认为，宇宙在其诞生后的极短时间内经历过一次剧烈的膨胀——宇宙暴涨。暴涨理论解释了宇宙为何如此平坦，为何如此均匀，以及为何会出现原初结构的种子。
四
但问题是，暴涨需要人为假设一个未经证实的场——暴涨场。至于它的本质是什么？来自哪里？为何存在？却没有人知道。
新研究则认为，暴涨可能根本不需要假设额外的场。它可以直接来自量子引力本身的动力学结构。
这意味着暴涨不再是一种“附加设定”，而是宇宙自然演化的一部分。
五
科学家提出过很多量子引力论，它们都很优美，却无法检验。
而量子二次引力论明确预测——原初引力波的强度不能低于某个下限——它的张量-标量比至少应当是0.01。
这意味着未来科学家可以在观测中直接检验该理论。如果观测不到相关数据，理论就会被排除；如果观测到，那它将成为理解宇宙起点的重要线索。
可供验证，也可供证伪——这正是科学理论最理想的状态。
六
研究人员称，广义相对论可能并非最终理论——它只在低能极限下有效。
就像牛顿力学并非错误，只是适用于低速世界一样，广义相对论可能也只适用于低能宇宙——要描述宇宙诞生的时刻，需要新理论的参与。
而量子二次引力论可以成为候选者。
七
总而言之，如果该理论最终被证明成立，那么将意味着宇宙起点不再是数学奇点，暴涨可能来自引力本身，广义相对论只是近似理论，量子引力将进入可观测时代。
更重要的是，它把一个长期停留在哲学层面的终极问题，变成了可供检验的科学问题。
八
宇宙的最初一秒，决定了一切。
它决定了空间的结构、星系的形成、元素的来源、时间的方向；甚至决定了今天我们为什么存在。
理解宇宙起点，本质上是在回答一个问题——我们所理解的自然规律在最极端的条件下是否依然成立？
也许未来几十年内，我们真的可以第一次看到宇宙诞生时刻留下的引力波痕迹。
那将是人类认知的一次极为重要的跃迁。
参考
Ultraviolet Completion of the Big Bang in Quadratic Gravity
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/6gtx-j455
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