武漢物數所證明“宇宙可以自發產生”

　　最近，中國科學院武漢物理與數學研究所蔡慶宇研究小組通過深入研究惠勒-德威特方程并結合量子軌道理論，首次證明宇宙可以通過量子機制自發產生。該研究成果發表于美國《物理評論D》2014年第4期（Phys.Rev. D 89,083510）。

　　探尋宇宙起源是人類社會的永恒追求。上世紀20年代以來，科學家在哈勃紅移和微波背景輻射實驗觀測基礎上，先后提出了宇宙膨脹模型以及大爆炸理論。然而，無論大爆炸理論還是隨后發展的暴漲模型，都無法克服廣義相對論預言的宇宙奇點問題。

　　為解決宇宙奇點問題，揭示早期宇宙產生的物理機制，蔡慶宇等人深入研究了描述宇宙波函數的惠勒-德威特方程。他們證明，一旦假真空由于量子漲落產生一個小真空泡，這個真空泡會自發指數加速膨脹，迅速長大，從而導致時空的出現，并產生早期宇宙。通過使用量子軌道理論，他們發現，在早期宇宙中，量子勢自然地扮演了宇宙常數的角色，量子效應是早期宇宙暴漲的根源。隨著早期宇宙的長大，量子效應減弱，指數加速膨脹停止，暴漲結束。該工作不僅闡明了宇宙起源的量子機制，有效解決宇宙奇點問題，并且揭示了早期宇宙時期宇宙常數（暗能量）完全是一種量子效應。

　　蔡慶宇研究員長期致力于量子信息及其交叉學科的理論研究工作。2009年，他與合作者首次把量子軌道理論應用到強激光與原子相互作用體系，實現了該體系量子描述向經典描述的過渡(New J. Phys. 11, 113035)；2011年，他與合作者首次證明了兩路量子密碼的無條件安全性(Phys. Rev. A 84, 042344)；2013年，他與合作者撰寫的關于“黑洞信息丟失問題”的研究論文獲得美國引力基金會論文比賽一等獎(IJMPD 22, 1341014)。

　　相關工作獲得國家自然科學基金面上項目、科技部重大研究計劃課題，以及中國科學院新興與交叉學科布局試點項目的資助。