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宇宙起源的量子理论

l引言 物理学家对认识自然的追求是永无止境沟。在宇宙学研究取得突破性进展的今天,人们又在探索“上帝”才知道的东西一一宇宙的起源间题。 研究宇亩起源的学说叫量子宇宙学。量子宇宙这一名称反映了物理学中一个简单的思想:统一的思想。我们知道作为满述微观世界物理沟是量子力学,描述宇观物理的是宇宙学,而量子宇宙学正是要把远两门研究尺度绝热不同的学科进行协调和统一。 从物理学约研尤上来洗,探索宇宙的起源主要有以下两个原因:首先,现代宇宙学是建立在广义相对沦基础.上门,而广义相对论是描述四种作用力之一、引力的理论。电磁、弱、强作用力那己的入量子满述,那么引力场也应纳入量子描述,因此现代宇宙学纳入量子描述也应成其为自热;再者,经典宇宙学序在时空奇点疑难。Hawking〔l〕等人证明,所有建立在广义相对论基础.匕的宇宙学模型,奇点疑难都存在。所谓奇点,就是时空曲率为无穷大、压强为无穷大、密度为无穷大。这些无穷大使我ft1不能对宇宙为超原作一科学灼滋...  (本文共6页) 阅读全文>>

《自然杂志》1992年03期
自然杂志

现代宇宙学的创世观

一、从创世神话到科学 .人类只有在空间和时间的条件下才能设想任何真实的事物.按照赫拉克利特(Heraklei-toS)的说法,在世界上没有任何东西能超越它的尺度—而这些尺度就是空间和时间的限制.描述和分析空间和时间的特征,对于哲学和科学来说都是最具吸引力和最重要的任务之一在人类文化的历史上,敢于以一个综合的观点来综观整个宇宙,似乎首先是在巴比伦天文学中产生的.正是这个原因,巴比伦文化被看作是人类文明的重要发祥地.在天光皎洁的夜晚,仰望河汉天际,我们会情不自禁地发问:.宇宙是从何处来的呢?”从表面看来,这个问题不应属于传统科学的考察范畴,而应属于创世神话.古代巴比伦的苏美尔人的经文《埃奴玛·埃立希》是人类关于创世神话的最早记载,它是这样描述宇宙创生的:最初的宇宙是水汪汪的一片混沌,只有原始的“水”提阿玛特(Tiamat)和阿帕苏(APsu),这两种原始的“水”渗和在一起,诸神便由此诞生.第一对神是拉姆(Lahmu)和拉哈姆(Lah...  (本文共5页) 阅读全文>>

《武汉粮食工业学院学报》1993年02期
武汉粮食工业学院学报

诱生引力论的量子宇宙学模型

0 弓 言 自发对称性破缺的概念在量子场论中起着重要的作用,它可以在不破坏理论的重整化下诱导出一些耦合常数,基于这种原因,也为了将引力场与其它基本场统一起来,Zee等人考虑了引力场中的对称性自发破缺卜‘,这就是所谓诱生引力论、和Brans一e切理论一样,它们都满足Mach原理,在这些理论中,无论是宇宙学常数还是引力常数都允许在宇宙的演化历史中发生过变化。所以一个很严格的要求是这两个“叉瑚”硅随时间作缓慢变化并在宇宙演化的极早期就已获得其常数定值,如果这一要求能为上述引力模型的一个物理解所满足,这就变得非常合理且令人满意。 事实上宇宙学常数问题现已被认为是基本粒子理论中最困难的问题之一,最近Linde用宇宙的复合机制给出了一个解释*’,但这一解释不尽人意,尚不细致,需进一步研究。本文试图建立诱生引力理论的量子宇宙学,并用它对宇宙学常数问题给出一个合理的解释,因为原则上量子宇宙学(其最新的述评可参见文献[‘】,不需要其他物理定律便可...  (本文共4页) 阅读全文>>

《荆州师专学报》1993年02期
荆州师专学报

量子宇宙学的一个简单模型

1量子宇寅学的研究动机和发展简史 天文学在厉史上多次推动了物理学的发展,最典型的实例是牛顿在行星运动的开普勒三定律的基础上建立了万有引力定律和牛顿运动定律,而对水星准动点的研究又是爱因斯坦建立广义相对论的基础之一所以,人们相信对宇宙学的研究必将推动物理学的发展, 随着引力理论的研究和天文学观测的进展,宇宙学的研究进人了严密自然科学阶段.特别是标准的大爆炸模型川成功地解释了元素丰度问题,所预言的微波背景辐射也已被证实.同时该模型也展示了许多疑难问题,诸如视界、平性、均匀各向同性、磁单极等问题.暴涨宇宙模型阳虽然提供了上述问题解决的一个可能途径,但其结论依赖于一定的初始条件,尽管条件范围较宽,毕竟不是任何条件都导致暴涨的结论.研究上述条件的自然来源是研究量子宇宙学的一个主要动机. “另一方面,物理学统一场论的思想要求研究四种相互作用力的量子理论,到目前为止唯有量子引力理论研究没有取得令人完全满意的成功.而极早期宇宙很有可能是检验量子...  (本文共5页) 阅读全文>>

《中国科学(A辑 数学 物理学 天文学 技术科学)》1990年04期
中国科学(A辑 数学 物理学 天文学 技术科学)

具有O(8N+1)对称耦合标量场的量子宇宙学

宇宙的“创生”是宇宙学研究中最重要的问题之一,Hartle和Hawking指出可用量子宇宙论来解决上述问题[1].他们给出的一个可能方案是,宇宙量子态必须是欧氏量子引力理论中的“基态”,这种基态可表述为:任何三维紧致面的量子幅度应表为所有正定的以这三维面为一边界的紧致流形的路径积分.这个方案体现了如下的观念:宇宙是由“无”创生的,这里的“无”指不存在经典时空.他们认为宇宙的初始时空边界条件为没有边界,因而在这样的宇宙模型中,宇宙是自足的,不存在边界外的问题〔‘一”. 宇宙波函数为“基态”,即取如下形式:。(“,,价)一N。}‘“〔g二·〕‘访二p(一了〔g一价〕),(1)这里‘为所有紧致的,以hii三维面为边界的四维正定流形和附在上面的行为规则的物质场币,N0为归一化因子,I[g二,,司一,’I〔即,,初叫做欧氏作用量.(l)式既没有初始条件的假定,也没有边界的限制. 按照量子引力理论,一个体系的全部性质都由它的波函数描写.整个...  (本文共7页) 阅读全文>>

《武汉粮食工业学院学报》1993年01期
武汉粮食工业学院学报

量子引力理论与量子宇宙学

1 量子引力1.It子引力的研究目的 理论物理学的进展揭示了一个深刻的哲学思想——物理学中的统一思想,这个思想认为自然界形形色色的相互作用应是一个统一体的不同侧面。物理学已探明自然界的作用分为四种相互作用力——电磁力、弱相互作用、强相互作用和引力,分别有相应的物理理论。而Wein-berg-Salan理论成功地给出了弱电统一描述,大统一场论又成功地统一描述了强、弱和电磁相互作用。从逻辑上看下一步理论物理的任务是将四种相互作用力作统一描述。然而作为弓”]理论的广义相对论不同于前三种相互作用力的物理理论,它是经典的而不是量子理论,所以安想完成上述任务,首先就要研究量子引力。 除了统一思想的要求外,研究量子引力还有一个来自广义相对论自身的原因,经典广义相对论的解存在时空奇点,尤其是存在宇宙大爆炸的奇点,为解决这些问题必须研究量子引力理论。 此外,像以往任何新的物理学理论-样,研究量子引力将会带来新的观念、思想、使我们对自然界有更深刻的...  (本文共7页) 阅读全文>>