科技日报北京3月29日电 （记者张梦然）加拿大滑铁卢大学与周界研究所的科学家提出了一种理解宇宙起源的全新理论框架，可能改变人们对宇宙大爆炸及最初时刻的认知。研究表明，宇宙在诞生后早期经历了急剧膨胀，被称为“暴胀”，这可能并非独立引入的假设，而是源于一个更深层、更统一的量子引力理论的自然结果。相关研究发表在最新一期《物理评论快报》上，为探索宇宙的终极起源开辟了新思路。
广义相对论在过去一个多世纪里成功描述了宏观宇宙的运作，但在宇宙诞生瞬间存在的极端高能条件下，该理论失效。为了突破这一瓶颈，研究团队采用了“二次量子引力”理论框架。这一研究发现，宇宙早期那段剧烈的指数式膨胀，可直接从简洁的量子引力理论中自然地“涌现”出来，无需依赖任何额外添加的假设成分。这种暴胀过程是现代宇宙学的核心概念，它解释了当今宇宙在大尺度上为何如此均匀、平坦，并孕育了星系形成的原始种子。
该理论即使在远超现有物理验证极限的极高能量尺度下，仍能保持数学上的一致性，从而有望描述大爆炸发生时引力的行为。其不仅提供了起源解释，还作出了可检验的独特预言。模型预测，在宇宙最初时刻产生的原始引力波信号极为微弱。原始引力波是宇宙极早期时空结构自身量子涨落被暴胀过程放大后留下的“涟漪”，是探测宇宙开端的直接“信使”。该研究预测的低强度信号特征，与当前一些主流的暴胀模型预期有所不同。
新理论表明，宇宙大爆炸的开端可直接从深层的引力理论推导得出。当引力理论在极高能量下仍能保持自洽时，快速膨胀便会自然出现，而不用作为额外部分再次被引入到爱因斯坦的理论之中。
目前大多数关于大爆炸及早期宇宙的模型，都建立在爱因斯坦的广义相对论基础之上，但需人工添加上其他组成成分。这项研究则提供了一幅更统一的图景，旨在将宇宙最原初的时刻，与已被大量天文观测所验证的现代宇宙学标准模型更自然地衔接起来。
随着新一代宇宙微波背景辐射探测实验及空间引力波天文台的规划与建设，这一预言有望在未来得到验证，从而为检验宇宙的量子引力起源提供罕见的观测窗口。
【总编辑圈点】
我们当前正步入一个“精密宇宙学”的新时代，新一代的星系巡天项目、更高精度的宇宙微波背景探测实验以及灵敏度空前的引力波探测器，正以前所未有的精度测量宇宙。这些观测工具使得检验那些曾经看似纯理论的想法成为可能。与此同时，科学家们已意识到早期宇宙暴胀的最简单模型面临一些理论上的局限与挑战，这增加了对基于更基础物理原理的新解释方法的迫切需求。本文的这项研究才刚刚起步，但在未来，它可能是将量子引力与宇宙学观测紧密结合的一次重要尝试。