宇宙的加速膨脹是 20 世紀末一項開創(chuàng)性的發(fā)現(xiàn)，也是現(xiàn)代宇宙學中最深刻的謎團之一。雖然標準的宇宙學模型 ΛCDM 通過引入宇宙常數(shù) (Λ) 或更廣義的暗能量形式優(yōu)雅地解釋了這一現(xiàn)象，但這些實體的基本性質(zhì)仍然難以捉摸。這促使人們尋求替代解釋，推動著我們對引力和宇宙理解的邊界。在這些引人入勝的提議中，有一種觀點認為宇宙加速可能并非由某種神秘的能量成分驅(qū)動，而是作為宇宙量子本質(zhì)的一種結果而出現(xiàn)，特別是通過作用于其終末態(tài)的量子后選擇的視角。
標準的量子力學敘述通常從初始態(tài)開始，根據(jù)薛定諤方程演化，測量結果的概率由玻恩定則確定。然而，量子理論本質(zhì)上允許一種更廣義的公式，其中統(tǒng)計系綜不僅可以由初始（預選擇）態(tài)定義，也可以由終末（后選擇）態(tài)定義。這個想法源于阿哈羅諾夫、伯格曼和萊博維茨 (ABL) 的工作，表明中間測量結果的概率可以同時取決于初始態(tài)和后來觀察到的終末態(tài)。雖然傳統(tǒng)上僅限于量子物理學中的特定實驗場景，但最近發(fā)表的論文《量子宇宙學中的終末態(tài)：宇宙加速作為一種量子后選擇效應》將這個概念應用于整個宇宙，為我們宇宙的演化提供了一個全新的視角。
在量子宇宙學中考慮終末態(tài)的動機源于宇宙本身的獨特性。與實驗室中研究的典型量子系統(tǒng)不同，宇宙是一個封閉的系統(tǒng)，沒有外部觀察者以傳統(tǒng)意義上進行測量。這種缺乏外部觀察者以及宇宙的整體性促使我們重新思考標準的量子力學框架。宇宙作為一個整體，是否可能擁有一個最終的量子態(tài)，從而影響其過去的演化和不同歷史的概率？這個問題從經(jīng)典的角度來看似乎是悖論式的，但在量子力學的領域中卻找到了自然的歸宿。
論文深入探討了這種終末態(tài)的含義，通過在量子框架內(nèi)納入初始和終末量子條件，推導出了有效的經(jīng)典運動方程。值得注意的是，作者發(fā)現(xiàn)這些有效的方程并不依賴于底層量子理論的復雜細節(jié)。相反，它們主要由系統(tǒng)的經(jīng)典態(tài)空間的幾何特征決定。這表明存在一個穩(wěn)健的框架，其中量子后選擇的影響通過經(jīng)典態(tài)空間的幾何結構在經(jīng)典層面顯現(xiàn)出來。
當這些推導出的方程應用于弗里德曼-羅伯遜-沃克 (FRW) 宇宙學模型時，該模型在很大程度上以均勻和各向同性的方式對我們的宇宙進行了簡化但強大的描述，一個引人注目的結果出現(xiàn)了：當考慮終末態(tài)時，宇宙加速是這些模型的一個普遍特征。這種加速自然地從方程的數(shù)學結構中產(chǎn)生，而無需引入宇宙常數(shù)、暗能量或?qū)藴?a class="keyword-search" >引力理論的修改。在這個框架中，觀測到的加速膨脹并非歸因于某種彌漫在空間中的奇異能量密度，而是歸因于作用于宇宙終末態(tài)的量子后選擇，從而影響了整個宇宙歷史的演化。
這種解釋將宇宙加速定位為一種宏觀量子現(xiàn)象。雖然量子效應通常與原子和粒子的微觀領域相關聯(lián)，但這項研究表明，宇宙的非常大規(guī)模的結構和動力學可能帶有基本量子原理的印記，包括看似違反直覺的終末態(tài)影響過去的觀念。這挑戰(zhàn)了我們關于因果關系和時間流逝的經(jīng)典直覺，暗示著宇宙的過去、現(xiàn)在和未來在量子層面存在更深層次的相互聯(lián)系。
將這種方法與標準的 ΛCDM 模型進行比較，揭示了兩者之間既有趣又根本的不同之處。ΛCDM 成功地擬合了廣泛的宇宙學觀測，包括宇宙微波背景輻射、宇宙的大尺度結構以及超新星的紅移-距離關系。然而，暗能量的性質(zhì)（在該模型中約占宇宙能量密度的 70%）仍然是一個深刻的謎團。量子后選擇解釋提供了一種無需引入新的、看不見的能量形式的替代方案。相反，它利用了應用于整個宇宙的量子力學的內(nèi)在結構。
然而，這個框架也面臨著重大的挑戰(zhàn)并引發(fā)了深刻的問題。是什么決定了宇宙的終末態(tài)？這個終末態(tài)如何影響不同宇宙歷史的概率？我們又如何通過觀測區(qū)分由暗能量驅(qū)動的宇宙加速和由量子后選擇引起的宇宙加速？這些都是懸而未決的問題，需要進一步的理論發(fā)展和潛在的新的觀測手段。
此外，宇宙終末態(tài)的概念觸及了關于時間、因果關系以及宇宙學背景下量子力學解釋的深刻哲學問題。宇宙是否存在預定的“終結狀態(tài)”？如果是這樣，這個狀態(tài)如何逆向影響我們觀察到的演化？這些問題突破了我們當前對物理學和宇宙學理解的界限，迫使我們在處理宇宙最基本層面時正視我們經(jīng)典直覺的局限性。
盡管存在這些挑戰(zhàn)，但宇宙加速作為一種量子后選擇效應的想法為宇宙學中最偉大的謎團之一提供了一個引人入勝且可能具有革命性的視角。它表明，觀測到的膨脹可能是作用于最大尺度的基本量子原理的表現(xiàn)，暗示著一個宇宙，其過去不僅由初始條件決定，而且還受到其最終命運的影響。
熱門跟貼