基本介紹
- 中文名：無邊界條件/猜想
- 外文名：No Boundary Condition/Proposal
- 提出者：霍金
- 提出時間：1981年
- 套用學科：物理學與數學
- 適用領域範圍：整個宇宙
- 四維球面：其中虛時間與三維空間毫無區別
無邊界宇宙,簡介,發展,
無邊界宇宙
這個理論建立在廣義相對論和量子理論的基礎之上，涉及到彎曲時空中的量子場論和量子引力論等多種高深知識。其中給出了著名的無邊界猜想或條件：宇宙的邊界條件就是它沒有邊界。無邊界條件如果成立，則宇宙自給自足，這意味著宇宙不需要創世上帝或者不存在第一推動。
簡介
宇宙是一個從歐氏空間向洛氏時空的量子轉變，從量子態宇宙或宇宙波函式的觀點來看，歐氏空間來自絕對的無，這就實現了宇宙的無中生有的思想。這個歐氏空間是一個四維球面。在四維球面轉變成洛氏時空的最初階段，時空是可由德西特度規來描述的暴漲階段。然後暴漲結束，再接著由大爆炸模型來描寫。這個宇宙模型中空間是有限的，但沒有邊界，被稱作閉合的宇宙空間模型。
無邊界條件
霍金
無邊界條件霍金從霍金提出這個理論之後，幾乎所有的量子宇宙學研究都是圍繞著這個模型展開。這是因為它的理論框架只對閉合宇宙空間有效。
如果人們不特意對空間引入人為的拓撲結構，則宇宙空間究竟是有限無界的閉合型，還是無限無界的平坦和開放型，取決於當今宇宙中的物質密度產生的引力是否足以使宇宙空間的現有膨脹減緩，以至於使空間停止膨脹，最後再收縮回去。這是關係到宇宙空間是否會重新坍縮或者無限膨脹下去的生死攸關的問題。
發展
1998年之前的宇宙學觀測，包括可見的物質以及由星系動力學推斷的不可見暗物質，其密度總和約為使宇宙空間停止膨脹的1/3。如此，無限膨脹下去的開放宇宙空間的可能性仍然呈現在人們面前。
可以想像，許多人曾嘗試將霍金的封閉宇宙的量子論推廣到開放的情形，但始終未能成功。1998年，霍金及劍橋大學理論宇宙學家圖魯克在他們的論文“沒有假真空的開放暴漲”中才部分實現了這個願望。他仍然利用四維球面的歐氏空間，由於四維球面具有最高的對稱性，在進行解析延拓時，也可以得到以開放的三維雙曲面為空間截面的宇宙。這個三維雙曲面空間遵循愛因斯坦方程繼續演化下去，宇宙空間就不會重新收縮，這樣的演化是一種有始無終的過程。不過這個推廣在數學自洽和實驗觀測上仍然不盡人意；而且從1998年起物理學家們發現宇宙能量成分中68.5%為宇宙學常數或暗能量（剩下的31.5%為普通可見物質和不可見的冷暗物質）；無論空間是閉合、平坦還是開放的，空間都將無限膨脹下去，並且還是加速膨脹。
直到2012年，劍橋大學理論物理學家陳中源通過一個方程嚴格證明了霍金的無邊界猜想，出乎意料的是，不存在量子態宇宙或量子宇宙學，無邊界條件在經典意義上成立，這樣，宇宙沒有邊界，沒有無中生有，沒有創生和毀滅，它徹底自洽自足，僅僅是以有限四維球面的形式存在。由此，宇宙的起源確實是它沒有起源，真正從物理上解決了第一推動問題。而且陳還發現了該有限的四維球面宇宙等價於一個無限的四維球體宇宙：整個宇宙本身只是個曲率半徑極“小”的四維球面，但在其局部參考系諸如宇宙中所有事物看來，它卻是個無限的四維球體，由三維球面空間大爆炸“之前”、過去、現在、未來和時間無限久時的所有空間和事物構成。
至此，能完整自洽描述宇宙的理論物理學即無邊界宇宙學大廈架構基本完畢，不但在數理上無懈可擊而且與所有堅實的實驗觀測完美符合。在這個體系中，彎曲時空中的量子場論和宇宙學常數冷暗物質模型不再是近似的有效理論，而是嚴格成立。
