本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
三月份，南極洲的一個研究團隊宣佈，他們探測到了引力波，這是來自宇宙大爆炸最初時刻的微弱回聲。這一發現對宇宙學、物理學界，甚至我們對宇宙未來的理解都具有巨大的影響。我最近的部落格文章探討了BICEP2專案的一些影響，我即將發表在The Futurist七月-八月刊上的關於宇宙暴脹的文章也探討了這些影響。
這些文章讓我對宇宙的起源進行了很多思考。 總是，當解釋宇宙的早期演化時，總會有一個特殊的問題出現： 啟動宇宙大爆炸的奇點從何而來？ 一段時間以來，許多物理學家和宇宙學家表示，我們的宇宙實際上有可能從虛無開始——這聽起來多麼瘋狂和違反直覺。 但是，如果沒有證據，這似乎就像一種信仰的陳述，不可能證明或證偽，因此超出了真正的科學討論的範圍。 自波普爾以來，我們一直說可證偽性是科學與非科學之間的分界線。 感覺這可能是科學方法必須讓位於神話起源故事的點。
或者可能不是。
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上個月，一篇論文的發表可能與引力波的探測一樣，對我們理解宇宙大爆炸具有重要意義。 來自中國武漢物理與數學研究所的一個團隊首次嚴格地數學證明了宇宙大爆炸可能從虛無中自發產生。 由蔡慶宇領導的武漢團隊開發了惠勒-德維特方程的新解，該方程試圖在20世紀中期將量子力學和廣義相對論結合起來。
根據海森堡不確定性原理，亞穩態假真空（一種沒有空間、時間或物質的狀態）中的量子漲落可以產生虛粒子對。 通常，這些粒子對幾乎立即自行湮滅，但如果這些虛粒子立即分離，它們可以避免湮滅，從而產生真正的真空泡。 武漢團隊的方程表明，這樣的氣泡有潛力呈指數級膨脹，導致新宇宙出現。 這一切都始於量子行為，並導致在暴脹階段產生大量的物質和能量。 （請注意，正如本文所述，亞穩態假真空“既沒有物質，也沒有空間或時間”，但它是一種被稱為“量子勢”的波函式形式。 雖然我們大多數人不會稱之為“虛無”，但物理學家確實如此稱呼它。）
對真真空泡指數增長的這種描述直接對應於宇宙大爆炸導致的宇宙暴脹時期。 根據這個證明，氣泡甚至會停止膨脹——否則它可能會以恆定的速度繼續膨脹——一旦它達到一定的大小。 然而，這是一種與古斯、林德等人提出的暴脹版本非常不同的版本，因為它不依賴標量場，只依賴量子效應。 儘管如此，這項工作與BICEP2團隊的工作非常吻合，這兩個發現如果經得起進一步的探究，都將對我們理解宇宙和我們的未來產生重大影響。
鑑於本文提出的真空中虛粒子的量子行為，有理由假設這種情況不僅發生了一次，而是發生了很多次，甚至可能是無限次。 多重宇宙是由類似於產生我們自己宇宙的過程產生的想法並不新鮮。 但這是我們第一次真正確定可能涉及的機制。 在與作者之一蔡慶宇討論這個問題時，他說他認為他們的工作“支援多重宇宙的概念”。 這種過程是否會導致與我們在我們自己的宇宙中看到的完全相同的物理定律，還有待確定，因為根據這些方程，只有有限的條件可能導致指數膨脹的真真空泡。
過去討論過的另一個想法是，我們是否可以自己創造新的宇宙，也許使用像大型強子對撞機（LHC）這樣的東西。 然而，正如蔡慶宇觀察到的，“我們宇宙的時空是一個整體，即使在LHC，它也不能任意地分成小部分。” 因此，“我們自己創造新宇宙似乎是不可能的。”
最終，這個數學證明需要其他人進行檢查，理想情況下，還需要進行一些尚未確定的測試。 最終，這項工作可能會被接受，也可能不會被接受。 畢竟，這就是科學方法的運作方式。 但是，如果這個證明能夠經受住審查，它肯定會為我們提供關於產生我們宇宙的機制的相當多的新見解。 過去一個月的新聞表明，宇宙學領域仍然充滿活力，新的想法和發現不斷湧現。 我們的宇宙及其基礎物理學極其複雜，將在很長一段時間內繼續產生關於我們過去、現在和未來的新知識。 也許直到時間盡頭。
來源和延伸閱讀
宇宙從虛無中自發產生。 何東山，高東峰，蔡慶宇。 2014年4月4日。
通往宇宙遙遠過去和未來的視窗。 揚克，理查德。 2014年3月17日。
宇宙的起源（文字）。 霍金，史蒂芬。 伯克利講座，2007年3月13日。
宇宙學中的暴脹。 維基百科。