量子动态宇宙理论视角下的空时结构

我们知道，宇宙学是由人类对宇宙的看法汇集而成的理论。关于这些看法的产生，可以追溯到远古时期。那时，当人们在生活、生产实践活动中，不可避免地对周围环境、日月星辰以及昼夜与四季交替等自然现象有了一定了解之后，便自然地开始了对宇宙的思索与认知。近千百年来，不断探索、累积与波澜壮阔的发展，使得这种了解形成了人类认识史上最为古老、又最为年轻的一门科学——宇宙学。人类对宇宙的认识，代表了人类知识的结晶，宇宙学在人类文明史上，也一直是一种具有综合性的前沿学科。它发展至今，得到的人类对宇宙空时及其中物质结构与运行和演化的看法，已浩如烟海。它所形成的典型的关于宇宙的理论，也已不胜枚举，并正在充满活力地向前推进着。

目前，各种各样的关于宇宙的理论研究，对空间时间及与其相伴的引力的探索，是产生不同宇宙学观点和理论的热门策源地。物理学和宇宙学的发展史一再表明，不同的空时理论不仅决定着与其相适应的物理理论的建立，同时也决定着不同的宇宙观。对宇宙的看法，应当说成是自然科学集各学科之大成的最为复杂和宏大的理论工程之一。

这里首先应指出的是，当前宇宙学研究所形成的各种典型理论中，大爆炸宇宙论几近（或大体）成了国际上传播宇宙论的主要代表理论。这一理论，在空时生成的问题上，认为宇宙空时产生于大爆炸事件，这在其主持者看来，似乎较为完整并能全面地解释宇宙的来世与今生。然而，我们也知道，在国内外，持不同见解者也甚多。

量子宇宙学开创了把量子力学的研究方法系统引入到经典宇宙学研究中的先例。在宇宙空时理论研究的进程中，它起到了重要的推动作用，受到了学术界的推崇。不过，这一理论之中，通常仍然存在着宇宙大爆炸奇点、空时产生于点的爆炸的基本观点。从而，这一问题被一些学者仍视为是一种缺欠。

近些年来，以Ashtekar为首创立的圈量子宇宙学，是继量子宇宙学之后，宇宙学理论研究上的又一重要典型理论。该理论利用空间量子大反弹取代了传统宇宙论中所谓的大爆炸，从而铲除了宇宙大爆炸奇点和可能的空时奇点，已开始得到越来越多学者的了解与追踪。这一理论的研究中，利用到了圈量子引力对空时研究的某些观念与成果，得到的量子反弹宇宙并不具有时间上的开端，而空间将具有大反弹时的极小体积。这一体积并非是用来引爆宇宙大爆炸，而是用以支承空间随时间进程而产生的大反弹及其物理特征。

由于该理论摆脱了传统的空时极限奇异性对宇宙学研究的长期困扰，它得到了众多研究者，特别是对宇宙大爆炸持有异议的学者的支持。目前学术界认为，这一理论的问世，是宇宙学和空时理论研究中的一个重大进展。

如上列举的是众多宇宙学理论中的几种代表性理论，它们还将涵盖和衍生出多种多样的宇宙空时模型和具体结果。所有这些理论，包括历史上早期总结出的静态或稳态宇宙说，去掉各自的不足之后，在推动宇宙学及空时理论的发展上，都做出了各自的贡献。(www.xing528.com)

然而，由于宇宙——这一研究对象的特殊性以及当前自然科学的局限性，将注定这些理论都不可能是完整的。而且应当讲，宇宙学的目前研究，还只能是处于自身发展的初级阶段。

近些年来，宇宙学探索中，关于宇宙物质结构的形成与演化的研究，取得了夺目的进展；对于空时的探索，也在大力开展。不过由于空时从微观几近零尺度到宏观再到宇观趋向无穷大尺度存在的特殊性，不仅使从宏观尺度切入宇宙研究的宇宙学理论面临探索尺度的扩展造成的问题，也使空时自身的研究面临向微观和宇观尺度的发展所产生的问题。宇宙学中的诸多基本问题，例如，关于宇宙的生成和终结以及空时整体几何性状等的描述，虽然是引起宇宙学者乃至世人广泛关注的话题，却也还不能作为宇宙学中理论上的严格结论而存在。目前，物理学家都认为，物理学对空时的微观性状并不了解，而且需要了解。宇宙空时是否是有限的，这在宇宙论本身，也是未被确定和存在着巨大争议的问题[1]。这里需要指出的是，如上各种有关空时的理论中，通常都不排除同时有引力的存在；而且，空时与引力二者，一般是不加明确区分的。

宇宙论中关于空时的诸如此类的问题很多，然而在所有这些关于空时特征问题的探索中，物理学家都不排斥希望对空时的微观性质有进一步的了解，并认为空时的微观性质将可能向其宏观性状的探索提供信息，甚至提供决定宇宙学理论面貌的基因。

可以讲，当前物理学的研究认为，关于空间时间在微观的形成以及引力生成的深入研究，特别是它们的量子化，将会向宇宙论的研究提供新的要素，并对宇宙空时的大尺度性状与体制的探索起到某种决定作用。有的研究认为，这样的研究可使宇宙空时得到从微观到宏观再到宇观的全面贯通描述。目前宇宙论中，这样的研究并不多见，不过随着量子引力的不断发展，关于宇宙空时的这种思考已越来越多地引起物理学界的关注，并认为是宇宙论发展的不可避免的重要方向之一。当今，宇宙学的发展离不开粒子物理，也更离不开量子引力。量子动态宇宙，则属于沿着这种理念进行探索的一种理论。

量子动态宇宙理论与其他关于宇宙的理论不同，它是以圈量子引力研究中得到的微观空时与引力的量子化特征作为理论根基，把对它们的探索得到的基因密码输送到宏观，而发展出的一种新的宇宙图景。这一图景中，对空间时间以及引力的揭示，与通常理论有重要的不同，同时对宇宙在体制上也给出了新的描述。