武汉物数所证明“宇宙可以自发产生”

　　最近，中国科学院武汉物理与数学研究所蔡庆宇研究小组通过深入研究惠勒-德威特方程并结合量子轨道理论，首次证明宇宙可以通过量子机制自发产生。该研究成果发表于美国《物理评论D》2014年第4期（Phys.Rev. D 89,083510）。

　　探寻宇宙起源是人类社会的永恒追求。上世纪20年代以来，科学家在哈勃红移和微波背景辐射实验观测基础上，先后提出了宇宙膨胀模型以及大爆炸理论。然而，无论大爆炸理论还是随后发展的暴涨模型，都无法克服广义相对论预言的宇宙奇点问题。

　　为解决宇宙奇点问题，揭示早期宇宙产生的物理机制，蔡庆宇等人深入研究了描述宇宙波函数的惠勒-德威特方程。他们证明，一旦假真空由于量子涨落产生一个小真空泡，这个真空泡会自发指数加速膨胀，迅速长大，从而导致时空的出现，并产生早期宇宙。通过使用量子轨道理论，他们发现，在早期宇宙中，量子势自然地扮演了宇宙常数的角色，量子效应是早期宇宙暴涨的根源。随着早期宇宙的长大，量子效应减弱，指数加速膨胀停止，暴涨结束。该工作不仅阐明了宇宙起源的量子机制，有效解决宇宙奇点问题，并且揭示了早期宇宙时期宇宙常数（暗能量）完全是一种量子效应。

　　蔡庆宇研究员长期致力于量子信息及其交叉学科的理论研究工作。2009年，他与合作者首次把量子轨道理论应用到强激光与原子相互作用体系，实现了该体系量子描述向经典描述的过渡(New J. Phys. 11, 113035)；2011年，他与合作者首次证明了两路量子密码的无条件安全性(Phys. Rev. A 84, 042344)；2013年，他与合作者撰写的关于“黑洞信息丢失问题”的研究论文获得美国引力基金会论文比赛一等奖(IJMPD 22, 1341014)。

　　相关工作获得国家自然科学基金面上项目、科技部重大研究计划课题，以及中国科学院新兴与交叉学科布局试点项目的资助。