20250427 对话1: 何东山的宇宙起源理论
对话1: 何东山的宇宙起源理论
以下内容综述了何东山团队有关宇宙起源的主要理论成果、方法体系及其学术影响。
何东山团队基于惠勒-德威特方程（Wheeler–DeWitt Equation, WDWE）和德布罗意–玻姆量子轨道理论，推导出带有额外“量子势”项的量子修正弗里德曼方程，证明量子势在早期宇宙暴涨阶段可自发提供能量并消除奇点，而随着宇宙膨胀量子效应迅速衰减，无法作为当今宇宙加速膨胀（暗能量）的来源；其核心成果发表于《Physics Letters B》809卷（2020年），并获得国家自然科学基金等多项资助。此外，早在2014年，何东山与高东峰博士合作首次从WDWE角度论证了宇宙可通过量子机制自发产生的可能性，为“无中生有”宇宙起源提供了量子理论支撑。该系列研究对暗能量候选模型的排除及量子宇宙学发展产生了深远影响。 (我院何东山博士揭示量子效应对宇宙演化的影响-物理与电子工程学院, Wheeler-DeWitt equation rejects quantum effects of grown-up universes as a candidate for dark energy, 科学家首次证明宇宙可通过量子机制自发产生 - 中国新闻网)
理论背景与方法
经典宇宙学模型概览
大爆炸理论是当今宇宙学最被广泛接受的起源与演化模型，建立在广义相对论框架下，通过哈勃膨胀、宇宙微波背景辐射等多重观测得到支持。 (大爆炸- 维基百科，自由的百科全书)
量子宇宙学与WDWE
量子宇宙学尝试将量子力学与引力相结合，WDWE描述了宇宙尺度上波函数的演化。何东山团队使用德布罗意–玻姆量子轨道方法，从WDWE出发研究宇宙量子态变化。 (Wheeler-DeWitt equation rejects quantum effects of grown-up universes as a candidate for dark energy, Wheeler-DeWitt equation rejects quantum effects of grown-up …)
何东山团队的核心贡献
量子势驱动的早期暴涨
通过深入研究WDWE与量子轨道理论，团队推导出的量子修正弗里德曼方程中额外项“量子势”在早期宇宙表现为类似慢滚标量场或宇宙常数的驱动力，可自发触发并维持暴涨阶段，有效消除大爆炸奇点。 (我院何东山博士揭示量子效应对宇宙演化的影响-物理与电子工程学院)
量子效应衰减与暗能量排除
研究表明，随着宇宙膨胀，量子势迅速衰减，对于“长大后”的宇宙而言，其量子效应远小于当前观测到的暗能量水平，因而无法取代暗能量模型。 (我院何东山博士揭示量子效应对宇宙演化的影响-物理与电子工程学院, 真空能不是当今宇宙暗能量来源)
宇宙“无中生有”机制
2014年，何东山与高东峰博士合作首次提出并论证了宇宙可通过量子机制（基于WDWE与量子波动）自发产生，从根本上为宇宙起源提供“无中生有”的量子物理学解释。 (科学家首次证明宇宙可通过量子机制自发产生 - 中国新闻网)
发表与资助
- 主要论文：《Wheeler-DeWitt equation rejects quantum effects of grown-up universes as a candidate for dark energy》，Phys. Lett. B 809 (2020) 135747。 (Wheeler-DeWitt equation rejects quantum effects of grown-up universes as a candidate for dark energy, Wheeler-DeWitt equation rejects quantum effects of grown-up …)
- 资助项目：国家自然科学基金（11725524）、陕西自然科学基金（2019JQ-900）、陕西高校青年杰出人才计划、咸阳师范学院骨干教师项目（XSYGG201802）。 (我院何东山博士揭示量子效应对宇宙演化的影响-物理与电子工程学院)
- 学术传播：成果经新华网、中国科学院官网、人民网、Sina等多家权威媒体报道。 (【新华网】我国科研人员在暗能量研究上取得重要进展 - 中国科学院, 我国科研人员在暗能量研究上取得重要进展 - 新浪新闻)
与其他理论的对比
- 圈量子引力（LQG）模型：认为宇宙可通过量子几何反弹自奇点，二者都关注奇点问题，但LQG依赖离散时空结构，而何东山团队更侧重WDWE量子势驱动。 (宇宙起源新解释：或从崩塌中反弹而生)
- 泡泡膨胀模型：如加来道雄提出的量子泡暴胀，二者皆从量子涨落出发，但在机制与数学形式上存在差异。 (加來道雄：“大爆炸是錯的，宇宙不可能從無到有” - YouTube)
未来展望
- 实验室量子模拟：团队与海南大学蔡庆宇教授团队合作，尝试在实验室利用量子隧穿效应模拟早期宇宙暴涨过程，推动量子宇宙学与量子信息交叉研究。 (一沙一世界：从宇宙到原子的量子隧穿)
- 标量场候选限制：进一步深入研究标量场模型受限范围，为暗能量与暴涨场理论提供更严格的数值与观测检验标准。 (【新华网】我国科研人员在暗能量研究上取得重要进展 - 中国科学院)
何东山团队的工作不仅补全了量子宇宙学的理论链条，也为暗能量与宇宙起源的根本问题提供了新的研究路径。未来，结合天文观测及量子实验室模拟，有望进一步揭示宇宙演化的深层机制。
对话2: 与维连金的创生模型有什么异同
概要
何东山团队与维连金（Alexander Vilenkin）的创生模型都基于Wheeler–DeWitt方程（WDWE）试图通过量子力学机制解释宇宙如何“无中生有”地诞生，但二者在边界条件的设定、解释框架、适用拓扑和对后续宇宙演化的预测上存在显著差异。何东山团队采用德布罗意–玻姆量子轨道方法，重点突出“量子势”（quantum potential）在早期宇宙暴涨中的作用，并证明此势随宇宙膨胀迅速衰减，无法作为当今暗能量来源 ([1404.1207] Spontaneous creation of the universe from nothing, Quantum cosmology - Wikipedia)；而维连金则提出隧道边界条件（tunneling boundary condition），通过路径积分或半经典隧穿概率公式，给出宇宙从“无”（nothing）到闭合德西特空间的隧穿振幅 (Quantum creation of universes | Phys. Rev. D, Creation of universes from nothing - ScienceDirect.com)。二者的核心相同点在于都使用WDWE框架，但在数学处理、物理直观与对宇宙学参数的后续影响方面各有侧重。
理论基础
Wheeler–DeWitt方程与量子宇宙学
- WDWE 是将广义相对论哈密顿约束“量子化”后得到的宇宙波函数方程，用于描述宇宙整体的量子态 (Quantum cosmology - Wikipedia)。
- 在微宇宙空间（minisuperspace）模型中，WDWE 将宇宙尺度因子与场自由度量化，形成一个类似量子力学势阱的问题。何东山团队与维连金均在此简化框架下展开研究。
边界条件与解释框架
- 何东山团队：采用德布罗意–玻姆隐变量（Bohmian）解释，引入“量子势”项，自洽推导出量子修正的弗里德曼方程 ([1404.1207] Spontaneous creation of the universe from nothing)。
- 维连金：提出隧道边界条件（tunneling boundary condition），要求波函数在“nothing”边界只包含向外传播模式（outgoing wave），对应在势阱外波函数呈指数衰减，势阱内为振荡形式 (Tunneling wave function of the universe, Quantum creation of universes | Phys. Rev. D)。
创生机制对比
何东山团队的“量子势”创生
- 算例：针对算子序 p = −2（或4）的WDWE，给出精确解析解，证明无论空间曲率 k=+1、0、−1，都存在从“真真空”小泡自发暴涨的解 ([1404.1207] Spontaneous creation of the universe from nothing)。
- 物理图景：量子势在泡刚形成时提供类似宇宙常数的驱动力，使泡呈指数膨胀，消除大爆炸奇点；泡膨胀变大后量子势迅速衰减，与经典演化无缝对接 ([1404.1207] Spontaneous creation of the universe from nothing, Quantum cosmology - Wikipedia)。
维连金的隧道模型
- 早期论文：“Quantum creation of universes”在简化闭合德西特模型中，给出隧道概率 ∝ exp(−2|S|)，其中 S 是半经典作用（vacuum energy）极值处的有效势 (Quantum creation of universes | Phys. Rev. D, Creation of universes from nothing - ScienceDirect.com)。
- 路径积分视角：可以等价地通过洛伦兹路径积分或“Robin边界”条件，得到同样的隧穿波函数 (Tunneling wave function of the universe, [PDF] Tunneling wave function of the universe - arXiv)。
边界条件与拓扑
| 特性 | 何东山团队 | 维连金（Tunneling） |
|---|---|---|
| 宇宙初始拓扑 | 允许 k=+1,0,−1（闭、平、开） | 经典方案主要 k=+1（可推广） |
| 边界条件 | 德布罗意–玻姆量子潜势，无需额外边界假设 | 隧道边界：only outgoing modes (“nothing” as a barrier) (Hartle-Hawking “no-boundary” boundary proposal vs. Vilenkin’s…, Hartle-Hawking’s vacuum is full of Vilenkin’s universe-antiuniverse …) |
| 数学方法 | 精确解析WDWE解；量子轨道方程 | 半经典WKB展开；路径积分 |
对后续宇宙演化的预测
暴涨与暗能量
- 何东山团队：量子势仅在早期扮演暴涨源，随着 a → 大，其影响迅速消失，无法替代后期观测到的暗能量 ([1404.1207] Spontaneous creation of the universe from nothing, Quantum cosmology - Wikipedia)。
- 维连金：模型本身不直接解释暴涨结束或当今暗能量问题，后续通常结合慢滚标量场模型（inflaton）来实现标准暴涨；其隧道概率最大化往往对应高真空能量状态，有利暴涨开始 (Quantum Creation of Universes - Inspire HEP)。
实验与观测
- 何东山团队：正与量子信息领域合作，尝试在实验室中模拟量子势驱动的膨胀过程 。
- 维连金模型：更多作为宇宙学“启动”理论，受天文观测（如 CMB、宇宙平坦度）间接验证；闭合宇宙的初始设定与最新 Planck 数据微有张力，但可通过拓扑推广缓解 (Quantum tunneling and the universe - Physics Forums)。
小结
-
共性：
- 都在“无中生有”框架下，利用 WDWE 探讨宇宙的量子创生。
- 强调量子力学在大爆炸奇点解决与暴涨触发中的核心作用。
-
差异：
- 解释学派：何东山——德布罗意–玻姆；维连金——半经典 WKB/路径积分。
- 初始拓扑：前者开放到所有空间曲率；后者经典方案主要针对闭合宇宙。
- 边界条件：何东山依赖量子势内在结构；维连金通过隧道边界（仅 outgoing）强制“nothing”。
- 后期演化：何东山明确量子势衰减无法替代暗能量；维连金本身并不处理暗能量，需要额外模型补充。
两种模型各有千秋：维连金创造了“隧道创生”范式，何东山团队则将“量子势”物理化、解析化，为量子宇宙学提供了新的演化视角。未来，若能在量子信息及实验室模拟中检验“量子势”效应，将更好地检视两者的可行性。
对话3：他们都是说创生之前不存在时空，甚至不存在量子真空，甚至不存在能量为0而不是最低状态的绝对真空，啊
概述
两种创生模型都主张：在“创生”之前，既无时空，也无任何形式的真空或能量，真正的“无”一无所有。维连金（Vilenkin）在其经典“从 nothing 隧道创生”模型中，将“nothing”定义为literally nothing——无空间、无时间、无场、无物质 (Creation of universes from nothing - ScienceDirect.com)；而何东山团队则在基于惠勒–德威特方程的量子宇宙学研究中，假设初始状态是一个绝对真空，通过算符重排将真空能严格消除为零，在此状态下亦无时空点、无结构、无能量或量子涨落 (真空能不是当今宇宙暗能量来源, 有效排除了真空能作为暗能量的可能性 - 新浪新闻)。
两种模型中“无”的具体含义
维连金的“隧道创生”
- “从 literally nothing 隧穿”：Vilenkin 1982 年的论文中提出，宇宙可通过量子隧道从“字面意义上的无”直接进入德西特空间，随后进入暴涨演化阶段 (Creation of universes from nothing - ScienceDirect.com, [PDF] Creation of Universe from Nothing)。
- 非真空即 nothing：他多次强调，量子真空并非 nothing，真空状态仍包含能量密度和量子涨落，与创生前的“无”本质不同 (The Quantum Vacuum is NOT Nothing - Alexander Vilenkin, PhD)。
- 保留物理法则：虽然“nothing”无时空与场，但模型框架仍假定物理法则存在，为隧道过程提供 WKB 边界条件 (Creation of Universes from Nothing - Inspire HEP)。
何东山团队的“绝对真空”
- 算符重排消除零点能：他们基于 WDWE 与德布罗意–玻姆量子轨道方法，采用算符重新排序技术将真空能严格置零，构筑了一个无任何真空能量的初始状态 (真空能不是当今宇宙暗能量来源)。
- 无点、无结构、无能量：在此“绝对真空”中，不但不存在时空坐标，也没有任何量子涨落或虚粒子，是真正意义上的空无一物 (有效排除了真空能作为暗能量的可能性 - 新浪新闻)。
- 量子势触发生命：从这一绝对真空出发，模型导出含“量子势”修正的弗里德曼方程，量子势在早期提供暴涨能量，膨胀后迅速衰减 (有效排除了真空能作为暗能量的可能性 - 新浪新闻)。
关键异同
| 特性 | 维连金隧道创生 | 何东山团队绝对真空 |
|---|---|---|
| 初始“无”定义 | literally nothing：无时空、无场、无物质；但保留物理法则 | 绝对真空：无时空点、无结构、无真空能（严格 0），也无物理涨落 |
| 真空地位 | 真空≠nothing，量子真空含能量与涨落 | 绝对真空≠量子真空，不含任何能量或涨落 |
| 数学工具 | 半经典 WKB 隧道边界条件；路径积分 | 惠勒–德威特方程 + 德布罗意–玻姆量子轨道 + 算符重排 |
| 暴涨与暗能量解释 | 不直接处理暗能量，需额外引入慢滚场；隧道概率偏好高真空能 | 量子势自发驱动暴涨；量子势衰减后与暗能量无关，无法替代暗能量模型 |
总之，二者在“创生前什么都没有”这一点上高度一致，都否定任何形式的时空、真空或能量存在；但在如何在数学模型中实现“无”、以及对“真空”与“nothing”关系的理解上，维连金强调边界条件与隧道振幅，而何东山团队则进一步通过算符重排构筑绝对真空，并以量子势揭示早期宇宙暴涨机制。
参考文献
- A. Vilenkin, “Creation of universes from nothing,” Phys. Lett. 117B, 25–28 (1982), 提出“quantum tunneling from literally nothing” (Creation of universes from nothing - ScienceDirect.com).
- A. Vilenkin, arXiv:2009.05187 (2020), “From literally nothing into a de Sitter space” ([PDF] Creation of Universe from Nothing).
- “The Quantum Vacuum is NOT Nothing” – A. Vilenkin 演讲 （YouTube, 2012）：“quantum vacuum”≠nothing (The Quantum Vacuum is NOT Nothing - Alexander Vilenkin, PhD).
- A. Vilenkin, “Creation of Universes from Nothing,” Inspire HEP 文献摘要 (Creation of Universes from Nothing - Inspire HEP).
- Wikipedia: Alexander Vilenkin 简介：“creation of universe from nothing” (Alexander Vilenkin).
- Wikipedia: “Zero-energy universe”：“zero-energy universe”模型被称为“a universe from nothingness” (Zero-energy universe).
- Wikipedia: “Quantum vacuum” 定义：“vacuum state”含零点能与虚粒子涨落，不是真正空无 (真空态- 维基百科，自由的百科全书).
- CAS 科技快报：何东山、蔡庆宇合作，“算符重排严格消除真空能（strictly 0）” (真空能不是当今宇宙暗能量来源).
- 新浪新闻报道：WDWE + Bohm 方法导出含量子势的修正方程，初期量子效应可推动暴涨，伴随衰减 (有效排除了真空能作为暗能量的可能性 - 新浪新闻).
对话4： 他们都是说创生之前不存在时空，不存在量子真空，甚至不存在能量为0而不是最低状态的绝对真空
核心观点概述
两种“宇宙创生”模型都断言：在创生之前，既无时空，也不存在任何形式的真空或能量——包括通常所说的“量子真空”（quantum vacuum）以及能量严格为零的“绝对真空”。维连金（Vilenkin）的隧道创生模型将“nothing”定义为从**“字面意义上的无”（literally nothing）直接隧穿到德西特空间，排除一切场与时空 (Creation of universes from nothing - ScienceDirect.com, Creation of universes from nothing - ScienceDirect.com)；何东山团队则通过对 惠勒–德威特方程 的算符重排与德布罗意–玻姆量子轨道方法，构建了一个无任何零点能、无量子涨落、无时空点结构**的“绝对真空”初始态，从此出发由“量子势”驱动暴涨 (Spontaneous creation of the universe from nothing, Dynamical interpretation of the wavefunction of the universe)。
维连金模型中的“nothing”
- 隧道创生：Vilenkin 1982 年提出，宇宙可通过量子隧穿“从 nothing 到德西特空间”，此处的 nothing 即“字面意义上的无”，既无时空结构、无物质场、无任何形式的能量或真空状态 (Creation of universes from nothing - ScienceDirect.com, [PDF] Creation of Universe from Nothing)。
- 这个 CREATION OF UNIVERSES FROM NOTHING 论文值得收藏，我写在了我的博客中，见 CREATION OF UNIVERSES FROM NOTHING 关于这个论文的解说在我的博文中 CREATION OF UNIVERSES FROM NOTHING
- 保留物理法则：尽管“nothing”无时空和场，但模型假定物理法则已存在，以提供 WKB 边界条件来描述隧道过程 (Creation of Universes from Nothing - Inspire HEP, Creation of universes from nothing - ADS)。
- 排除量子真空：Vilenkin 明确指出，量子真空（含零点能与涨落）并非 nothing；即使缺乏时空，量子真空依旧蕴含场和能量，与创生之前的“无”本质不同 (Kalam cosmological argument)。
何东山团队的“绝对真空”
- 算符重排抹除真空能：何东山等人（2014）基于 WDWE 的算符重排技术，将所有零点能严格置零，构建出既无真空能亦无量子涨落的初始“真真空”小泡状态 (Spontaneous creation of the universe from nothing)。
- 无时空点、无结构：在此“绝对真空”中，不存在任何时空坐标点或拓扑结构，是真正意义上的空无一物 (Dynamical interpretation of the wavefunction of the universe)。
- 量子势触发暴涨：从该绝对真空出发，利用德布罗意–玻姆方法导出含“量子势”修正的弗里德曼方程，量子势在早期代替宇宙常数驱动指数膨胀，随后迅速衰减与暗能量无关 (Wheeler-DeWitt equation rejects quantum effects of grown-up universes as a candidate for dark energy)。
“量子真空”与“绝对真空”之辨
- 量子真空定义：量子场论中，量子真空态是场的最低能量态，虽不含真实粒子，却包含零点能与涨落 (Quantum vacuum state, Quantum vacuum (disambiguation))。
- 非 nothing：正如哲学与物理评论所示，量子真空依旧是“有东西的空”，与“无一物”的 nothing 本质不同，任何以量子真空为起点的创生都非从彻底空无出发 (The Beginning of the Universe | Alexander Vilenkin - Inference Review)。
小结
- 共同立场：二者都否认“创生前”存在时空、量子真空或任何形式的能量。
- 核心差异：
- 数学实现：维连金侧重半经典 WKB 隧道边界；何东山团队依赖 WDWE 算符重排与隐变量量子势。
- 物理直观：维连金强调“literally nothing”边界条件；何东山则构造“绝对真空”并演化出量子势驱动暴涨的具体机制。
- 研究意义：两种模型从不同视角诠释“无中生有”，为解决大爆炸奇点与早期暴涨提供量子力学基础，未来可通过量子模拟或观测数据持续检验。