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科普文引发顶尖物理学家论战,宇宙到底有没有

时间:2017-07-23 23:47来源:X档案 作者:尘埃 点击:

  2017 年 2 月登载在《迷信美国人》杂志上的一篇关于暴胀学说的评论文章最近引发了一场“地震”:33 名全球顶尖物理学家宣告共同署名公然信,质疑文章中的一些观念。原文作者随后做出了回答。近日,“科研圈”相干到国际宇宙学方向的几位学者,其实天狼心水论坛。约请他们谈谈对这场议论的看法。

  宇宙时空的起源是迷信中最机密、也最具争议的题目之一。听说宇宙到底有没有经历暴胀?。《迷信美国人》在 2017 年 2 月登载的文章“Pop Goes the Universe”(“宇宙大爆炸不曾发生?”《环球迷信》2017 年 3 月刊)驳斥了目前的支流学术观念——宇宙在极晚期经由过程了一段被称为暴胀的极速收缩时期。该文作者建议了另一种观念——我们的宇宙并非创生于暴胀学说中的大爆炸奇点,而是从一场“火劫”中封闭的。依照这一观念,宇宙在大爆炸之前经由过程了一段收缩经过,收缩到肯定水闲居发生反弹,从而变成我们此日看到的宇宙。在下面的尺书中,33 名暴胀宇宙学家组成的迷信团队署名回应了这篇文章。

  共同署名公然信

  在由 Anna Ijjsimilar to; Paul J. Steinhardt 和 Abresimilar tot supporthare Loeb(下面简称“IS&rev;L”)撰写的文章“Pop Goes the Universe”中,作者力推火劫反弹学说(该学说由 Steihardt 等人于 2001 年提出)。在文章的末了一部门,看着引发。IS&rev;L 表示“暴胀宇宙学不能用迷信方法来评价”。接着,他们宣称一些继承暴胀学说的迷信家提议“甩掉迷信的标志性特色:可检验性,而这个主张“促使某些非实(经)验主义迷信的实际仰面”。我们并不知道这些迷信家指的是谁,也无法赞成这篇文章中的一些阐明。在这篇尺书中,对比一下宝莲灯水论坛www.。我们主要关注“零容忍”论点——暴胀学说的不可检验性。

  毫无疑问,暴胀学说已经成为当今宇宙学的支流观念。全世界的大批迷信家多年来都致力于查究研究各种暴胀模型,并将这些模型的预言与实验观测举办比力。通过查询高能物理数据库 INSPIRE,人人就能涌现“暴胀”是个高频词汇:迄令为止,标题或摘要中蕴涵“暴胀”的论文超出 篇,这些论文出自 9000 多名迷信家之手。IS&rev;L 的阐明(暴胀宇宙学不能用迷信方法来评价)漠视了这些研究。除此以外,若干大型国际合营实验项目的毕竟清楚地注明,暴胀不光可以被检验,而且在经受大批检验后依然存活了上去。宇宙到底有没有经历暴胀?。

  准确地说,暴胀并不是一个举世无双的实际,而是基于好似法规的一类模型。当然,这些模型不可以全都正确,所以真正值得关怀的题目是:能否生活至多一个这样的暴胀模型,顶尖。它既能正确地描述宇宙的可观测特征,大赢家论坛。又能从根本粒子物理假定中天然地推理进去?这种情况与粒子物理法度样板模型的晚期起色十分好似,那时迷信家研究了各种各样的量子场论模型,只为寻找其中适当一起实验观测的那一个。

  固然法规上迷信家须要检验大批的暴胀模型,但有一类简易的暴胀模型(术语为“单场慢滚”模型)可以给出与大多半观测十分接近的预言,看看物理学家。这些预言早在几十年前就已被清楚地提出。这类“法度样板”的暴胀模型具有很好定义且取得了平常研究。(IS&rev;L 对“什么是这类模型中最简易的模型”表达了倔强的观念,但简易性是客观的,宝莲灯高手论坛。我们觉得没有理由将关注点限制在这么局促的子类模型中。)固然其中一些已经被准确的实验数据摈弃了(这正是人人想要看到的——通过观测来裁汰可行模型的数量),但仍有许多模型在实验检验方面十分得胜。

  法度样板暴胀模型预言了宇宙应该有一个临界质量密度(那意味着宇宙应该是几何上平展的),以及我们探测到的宇宙微波背景(CMB)中单薄的温度“动荡”的统计特征。首先,这些动荡应该实在是“标度不变的”,这意味着在一起角度标度(译者注:应该为空间标度)中,它们应该具有实在相同的强度。其次,动荡应该是“绝热的”,这意味着普通精神、辐射、暗精神全都一起涨落。第三,对于论战。它们还应该是“高斯性”的,这是一种对绝对较亮与较暗区域组成图像的统计描述。末了,模型预言了 CMB 特定的极化形式,这可以分为两类——E 模与 B 模。一起法度样板暴胀模型对 E 模的预言都十分相近,而对待量度晚期宇宙引力辐射的 B 模,不同品种的法度样板暴胀模型间折柳很大。

  令人注意的是,从 1992 年宇宙背景探测器(COBE)卫星的毕竟劈头,大批的实验都证实以上预言(还有其它一些预言,但太过技术性不适宜在这讨论)准确描述了我们的宇宙。宇宙均匀质量密度的丈量现已准确到百分之 0.5 左右的精度,并且与暴胀的预言适当得十分完美。学习有没有。在暴胀刚提出时,均匀质量的不确定性至多是目前的三倍,所以这是一个让人印象深远的得胜。另外两颗卫星,威尔金森微波各向同性探测器(WMAP)与普朗克卫星进一步准确丈量了 CMB 的温度动荡,还有许多基于空中与气球的实验也举办了相关丈量,你知道大丰收心水论坛。它们均证实了原初涨落简直实在是标度不变的,暴胀。并且具有十分准确的绝热性与高斯性,正如法度样板暴胀模型事前所预言的那样。B 模极化还没有被观测到,这与许多,但不是一起模型的预言一致;而已经探测到的 E 模极化与预言相符。2016 年,普朗克卫星团队(一个由 260 人组成的实验组织)总结道:”普朗克卫星的观测毕竟为简易暴胀模型提供了强无力的证据。”所以借使像 IS&rev;L 想让我们自信的那样,暴胀是不可检验的,那为什么会有这么多实验对暴胀举办检验,还获得了这么雄伟的得胜?

  暴胀模型的得胜是毫无疑问的,对比一下科普文引发顶尖物理学家论战。但 IS&rev;L 还是宣称暴胀是不可检验的。(我们对 IS&rev;L 的主张表示无法认识,他们以为暴胀在观测上的得胜被妄诞了,并且责怪暴胀的赞同者甩掉了经验迷信!)例如,他们议论说,由于暴胀的预言会随着暴胀能量密度曲线的式样与初始条件的变换而变换,暴胀实际上是不可检验的。但是,一个实际的可检验性绝不是请求它的一起预言都独立于参数的采取。借使非要这样请求,那么粒子物理法度样板模型的生存形态异样值得忧愁,它蕴涵着须要实验定夺的粒子组份,宝莲灯水论坛www。以及 19 个或更多参数。

  主要的一点在于,法度样板暴胀模型通过了上述的实验检验。IS&rev;L 描述了一个式微的实际如何“由于人们试图陆续修补它而变得对实验越来越有免疫力”,并暗示暴胀便是如此。但是岂论如何,随着新数据的出现而编削实际是经验迷信中的法度样板步伐。例如,为了解释新涌现的夸克与轻子,法度样板模型不得不举办编削。宝莲灯高手论坛。而对待暴胀宇宙学,(我们以为)目前还没有必要举办超出法度样板暴胀模型的研究。

  IS&rev;L 主张“暴胀不可检验”的另一个理由是,它会招致永久暴胀和多重宇宙。多重宇宙是一个灵活的研究领域,但这绝不与暴胀的实验可检验性相悖。借使多重宇宙图像是合理的,那么粒子物理法度样板模型能够很好地描述我们的可观测宇宙,看看大丰收宝贝心水论坛。目前正由实验观测举办限制优化的暴胀模型可以描述暴胀在我们这片宇宙区域是如何发生的。这两种实际都仍将平安地处在经验迷信的范畴内。迷信家依然可以未来自天体物理、粒子物理实验的最新数据与具体物理模型做出的准确、定量的预言举办比力。须要注意的是,这不同于更为“高贵”的宗旨:起色一个实际框架,学会宝莲灯心水论坛。不借助实验数据便能推断出正确描写可观测宇宙的具体模型。

  和任何迷信实际一样,暴胀不须要办理一起可以想取得的题目。暴胀模型也像一起迷信实际一样,创设在一组假定之上,并且为了认识这些假定,我们可以须要一些更深层次的实际。可是这并不会抹杀暴胀模型的得胜。这一气象与法度样板的热大爆炸宇宙学好似。热大爆炸宇宙学无法解释宇宙的均匀密度为何与临界密度如此接近,宇宙结构的起源(这在暴胀中取得文雅的办理)等题目。但这些题目的生活并不会“抵消”它曾做出的许多得胜的预言,好比轻元素的绝对含量。我们对宇宙的了解尚不齐备,但这绝不应该成为忽视法度样板暴胀模型在实验上已获得雄伟得胜的理由。

  在暴胀模型出世后的 35 余年中,它已经渐渐成为描述宇宙演化晚期阶段与大尺度结构变成的支流观念。没有人宣称暴胀是正确无误的,到底有。迷信实际并不会像数学定律那样取得严苛证明。但随着时候消逝,尤其准确的实验检验和实际上的前进将会使得胜的实际变得越来越好。这正是暴胀实际正在经由过程的经过。这一经过会继续上去,许多采取这个充溢生机的领域的迷信家都会主动参与出去。

  经验迷信不但活着,还活得很好!

  共同署名

  Alevery H. Guth (MIT)

  Ddevoted I. Kaiser (MIT)

  Andrei D. Linde (Steveryford)

  Ysimilar tounori Nomura (UC Berkeley)

  Charles L. Bennett (Johns Hopkins)

  J. Richard Bond (U of Torento)

  Frevery ois Bouchet (Institut d’Astrophysique de Paris)

  Seevery Carroll (Cisternover ativeech)

  George Efstover athiou (Careconduit)

  Stephen Hawking (Careconduit)

  Renover ata Kpristernover ating currentticislyosh (Steveryford)

  Eiichiro Komover atsu (Max-Pleveryck-Institute für Astrophysik)

  Lawrence Krauss (Arizona Sthadvertisements)

  Ddevoted H. Lyth (Leverycsimilar toter)

  Juevery Misdgeniusna (IAS)

  John C. Mover ather (NASA)

  Hireveryya Peiris (UCL)

  Miscolm Perry (Careconduit)

  Lisa Rsimilar to well or netristernover ating currentticisly (Harvard)

  Mart formin Rees (Careconduit)

  Misao Ssimilar toaki (YITP)

  Leonardo Senover atore (Steveryford)

  Eva Silverstein (Steveryford)

  George F. Smoot III (Berkeley Center for Cosmologicis Physics;)

  Alexei Staroreceptisternover ating currentlesky (Lsimilar to well similar toau Institute for Theoreticis Physics)

  Leonard Susskind (Steveryford)

  Michael S. Turner (Chicinside the)

  Alexsimilar to well automotive service engineersr Vilenkin (Tufts University)

  Steven Weinarerg (UT Austin)

  Rainer Weiss (MIT)

  Freveryk Wilczek (MIT)

  Edward Witten (IAS)

  Mover atisimilar to Zisdarriaga (IAS)

  作者(IS&rev;L) 回复

  我们对驳斥我们的迷信家表示十分的尊重,但对他们的回应感到扫兴。他们漠视了极端关键的一点:经受住实验检验的暴胀实际与我们现在要更进一步认识的暴胀实际之间的不同。过去,我们还没有认识暴胀所生活的根本题目,所以断言暴胀已经被证实。我们深信在强健的迷信界中,人人可以做到和而不同,尊重不同的观念。于是乎我们屏绝“被以为”指出暴胀生活的题目就意味着甩掉了一起起色暴胀学说、鞭策宇宙准确丈量的先进的作事。相比看宝莲灯高手论坛。

  历史上,对暴胀的思量基于一系列不同的观念。人人并不认识暴胀的预言为何会对初始条件高度迟钝,也不认识暴胀为何会招致永久暴胀,进而带来多重宇宙 —— 实际的输入毕竟有无量多。那些宣称暴胀预言了这预言了那的文章忽视了这些题目。

  我们的观念是应该不加遮蔽地讨论如今的暴胀实际版本,而不是过时的版本。宝莲灯心水论坛。逻辑上,借使暴胀的输入毕竟高度依赖于目前还没有取得很好认识的初始条件,正如回应者招供的那样,那么该毕竟无法被确定上去。此外,借使暴胀发作了多重宇宙,征引回应者之一(古斯)的话说:“任何可以发生的事都会发生”——这会使得任何对预言的讨论都失落意义。与粒子物理法度样板模型不同,就算不变了一起参数,暴胀模型仍会给出无量多种毕竟,而且没有哪一种毕竟比另一种更特别。这使得暴胀免疫于任何实验检验。更多细节可以参考我们 2014 年的文章《暴胀离别》

  我们是三名独立的思量者,分别代表了不同年龄段的迷信家。我们的文章不是刻意掀起过去的议论,而是讨论最近的实验观测带来的影响以及指出尚未办理的题目,对于科普。这给年老一代宇宙学家做出有深远影响的作事提供了机缘。我们希望读者可以回想我们文章的末了一部门,经历。我们反对顺从巨子,呼吁以关闭的神态认清如今观念生活的缺陷,为办理这些题目投入新的勉力,宝连灯心水论www。并且对待新观念举办关闭式查究。这才是我们所对峙的法规。

  国际学者若何看

  (语音清算)此次国际议论中关于极晚期宇宙(包括暴胀、反弹,以及 Steinhardt 提倡的火劫学说)的一个很主要的可考证性呈现在宇宙微波背景辐射的偏振信号下面。由992998好日子高手社区宇宙学家主导并已经立项的阿里原初引力波望远镜项目已经下马。它最关键的迷信宗旨就是去寻找原初引力波,并准确丈量 CMB 中的 E 模和 B 模的偏振信号。这一实验在不久的未来会对回答 Steinhardt 为代表的、反对暴胀的宇宙学家和以 Guth 为代表的、支持暴胀的宇宙学家所议论的主题题目带来很大的接济。

  ——张新民(刘伯温高手心水论坛1迷信院高能物理所,致富之家高手心水论坛阿里原初引力波探测布置首席迷信家)

  无须置疑暴胀宇宙学取得了雄伟的得胜,它所天然预言的宇宙空间平展性和近标度不变的原初密度涨落都取得了准确宇宙学观测的猛烈支持。不可否定,现有的暴胀宇宙学实际依然并非完美,仍旧须要更深入的研究。但是,正如热大爆炸宇宙学模型尽量生活空间平展性、视界等疑义,由于诸多的宇宙学观测赐与大批的支持,学习宇宙。于是乎热大爆炸模型仍旧被平常继承为法度样板的宇宙学模型。反过去看,这些暴胀的替代模型为了能提供和暴胀异样多的对已有观测现象的解释,时时须要更为精华得多的人为结构。它们带来的题目乃至比办理的题目还要多。极晚期宇宙的物理经过发生在宇宙起先极为长久的时期,于是乎人们并不能回到那个时期去直接“观测”宇宙的演化,而是只能通过直接的方法去重构发作于那个时期的量子扰动的关联函数。科普文引发顶尖物理学家论战。令人缺憾的是仅仅通过关联函数法规上并不能分别那个时期宇宙是在暴胀还是收缩,于是乎目前并没有任何观测可以提供确凿无疑的方法来分别晚期宇宙暴胀和其他替代模型。岂论如何,从天然性和简易性法规来看,与那些替代模型相比,暴胀宇宙学不失为最简易和天然的极晚期宇宙学模型。

  ——黄庆国(财神高手论坛www77888迷信院实际物理研究所)

  暴胀宇宙学在观测上取得的得胜是无须置疑的(预言了接近标度不变的原初密度涨落,这个预言在 1992 年被实验考证)。可是,各种替代模型仍具有生存空间,说明我们对晚期宇宙的了解还不够。物理学是以考察和实验为基础的迷信。看着宝莲灯水论坛www.。实际的探讨是主要的,但是要最终办理暴胀与替代模型的议论题目,还是要靠未来的实验检验。特别地,对宇宙密度涨落三点关联函数的准确丈量(量子原初法度样板时钟),是对晚期宇宙的收缩(或收缩)历史的直接丈量。这样的实验检验将无望分别暴胀与替代模型,为我们复原晚期宇宙的真相。你看天狼心水论坛高手论坛。

  ——王一(香港科技大学)

  翻译 蔡一夫、李春龙(老钱庄心水论坛998009迷信技术大学)

  特邀评论 张新民(中科院高能所)、黄庆国(中科院实际所)、王一(香港科技大学)

  编辑 金庄维(北京大学)

[负担编辑:肖春芳]
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