http://www.physorg.com/news102516861.html
July 01, 2007
一項新發現是關於，另一個宇宙的崩潰顯然讓我們所存在的宇宙得以誕生，將在 Nature Physics 7/1 的 AOP 版發表，並且會在該期刊八月號印刷版刊出。
"我的論文採用了一種新的數學模型，我們可以在量子態經歷大反彈（Big Bounce）時，用以獲得關於其特性的新細節。大反彈取代了古典的大霹靂概念，成為我們宇宙的開端，" Martin Bojowald 說，賓州大學物理系助教授。Bojowald 的研究亦提出，雖然有可能習得關與更早宇宙的許多特性，但我們對於某些特性都將不能確定，因為他的計算會呈現出一種 "宇宙健忘（
cosmic forgetfulness）"，那起因於大反彈期間的極端量子力。
宇宙會從大霹靂的爆炸中蹦出的概念，對於那些要了解我們擴張宇宙起源的科學嘗試來說，現在已成為一大障礙，雖然物理學家長久以來都認為大霹靂是最佳模型。
一如愛因斯坦廣義相對論所描述，大霹靂的起源是在數學上毫無意義的狀態-- 一個零體積的「奇異點（singularity）」，不過卻仍包含無限大的密度與無限大的能量。
不過現在 Bojowald 與其他賓州大學物理學家正在探索連愛因斯坦都未知的領域 -- 在大霹靂之前的時間 -- 使用一種數學上的時間機器，稱為環圈量子重力（Loop Quantum Gravity，
http://en.wikipedia.org/wiki/Loop_quantum_gravity）
這個理論，結合了愛氏的廣義相對論以及量子物理學的方程式，那並不存在於愛因斯坦那時候，是對於系統性建構大反彈存在（existence）的首次數學性描述，並且從我們已有的彈跳中推論出更早宇宙的特性。
"愛氏的廣義相對論並沒有包含量子物理學，這是必需的，以便能描述極端高能，那主宰我們宇宙非常早期的演化，" Bojowald 解釋，"但我們現在有環圈量子重力，這理論包含必需的量子物理學。" 環圈量子重力是在賓州重力物理與幾何學研究所被倡導與開始發展的，現在是一種讓廣義相對論與量子物理學合而為一的主要方法。
科學家利用該理論在時間中回溯我們宇宙，並發現它的起始點的體積不大，不過並非零，而且最大能量也不是無限大。由於有這些限制，該理論的方程式能繼續產生令人信服的數學結果，超越了古典大霹靂理論的奇異點，賦予科學家能一窺大反彈之前的一扇窗。
量子重力理論指出「時--空」結構具有一種「原子的」幾何，那與一維的量子線（quantum threads）編織在一起。這種結構（fabric，亦指布料等織物）會在量子物理學所主宰的、接近大反彈的極端狀態下被撕裂，致使重力成為強大的斥力，故它不會如愛氏的廣義相對論所預言的，消失在無限大當中，宇宙會在大反彈中彈回，那讓我們擴張中的宇宙得以誕生。這理論顯示在大反彈之前會有一個收縮的宇宙，其時空幾何會類似我們今日的宇宙。
Bojowald 發現他必須要建立一種新的數學模型，以便環圈量子重力理論搭配，用以更精確地探索大反彈之前的宇宙。
"在環圈量子重力中，一個比現存數值方法更加精確的模型是必需的。數值方法需要不斷接近解答，而且所產生的結果並不如你所想要的一般與完整，" Bojowald 解釋。他開發了一個數學模型，藉由解開一組數學方程式，能產生精確的解析解（analytical solutions）。
為了要更加精確，Bojowald 的新模型也更加短小精幹。他使用不同的數學描述將量子重力模型重構（reformulated），他所說的，能讓方程式明確地被解開，而且證明是一種強固的簡化。
"早期的數值模型看起來太複雜了，不過它的解看起來很清楚，這是一條線索，指出像這樣一個數學上的簡化或許存在，" 他說。Bojowald 將量子重力的不同等式 -- 那需要一直不停計算在時間當中的眾多小改變 -- 重構成一個可整合的系統 -- 在其中，漸增的時間長度可被具體指為所有小型增加改變的相加。
此模型的等式需要能精確描述我們當前宇宙狀態的參數，故科學家能接著使用該模型在時間中回溯，在數學上「反演化」宇宙，以顯示其在更早時間的狀態。此模型的方程式亦包含某些「自由的」參數，那尚未精確得知，然而在描述某些特性時仍是必需的。Bojowald 發現這些自由參數當中的兩個是互補的：一個是專門獨佔在大反彈之後，另一個則是在大反彈之前。因為這些自由參數當中的一個，在本質上並不會影響我們當前宇宙的計算，Bojowald 與它串通(colludes)，讓它不能成為一種工具，在大反彈之前的更早宇宙中，倒退計算（back-calculating）其值。
Bojowald 所發現，那二個互為互補的自由參數，代表在大霹靂之前與之後宇宙總體積的量子不確定性。"這些不確定性是額外的參數，當你將一個系統置入一個量子脈絡（context）之中時應用，例如一個量子重力理論，"Bojowald 說。"它類似量子物理學當中的不確定關係，在那裡一個物體的位置與速度是互補的 -- 如果你測量一個，你無法同時再測量另一個。" 同樣地，Bojowald 的研究指出，在大反彈之前宇宙體積的不確定因子與大反彈之後也有互補性。"為了所有實際目的，先前宇宙體積的精確不確定因子，將無法經由一定程序，從我們當前宇宙反推回去，即便透過最精密的測量，我們都將辦不到，" Bojowald 解釋。這項發現暗示了更進一步的限制，在探索是否有物質（matter）存在於大霹靂之前的宇宙中時，會更加受到量子或古典特性支配。
"早期數值模型的問題是，你無法清楚看見這些自由參數到底是什麼，以及它們的影響是什麼，" Bojowald 說。"這個數學模型賦予你一個改善過的式子（expression），那包含所有自由參數，而你可以立即看見每一個的影響，" 他解釋。"在方程式解開後，幾乎馬上就能從結果中得到結論。"
Bojowald 在發現至少有一個先前宇宙的參數並不會在大反彈中倖存後得到了額外的結論 -- 接下來的宇宙看起來並不是另一個宇宙的完美複製品。他說，"永恆循環的絕對相同宇宙，顯然會被一個本身所存在的宇宙健忘所阻止。"
＊ What happened before the Big Bang?
http://www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/abs/nphys654.html
Martin Bojowald
Nature Physics Published online: 1 July 2007
doi:10.1038/nphys654
http://sa.ylib.com/read/readshow.asp?FDocNo=378&DocNo=600
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