對話1: 何東山的宇宙起源理論
以下內容綜述了何東山團隊有關宇宙起源的主要理論成果、方法體系及其學術影響。
何東山團隊基于惠勒-德威特方程（Wheeler–DeWitt Equation, WDWE）和德布羅意–玻姆量子軌道理論，推導出帶有額外“量子勢”項的量子修正弗里德曼方程，證明量子勢在早期宇宙暴漲階段可自發提供能量并消除奇點，而隨著宇宙膨脹量子效應迅速衰減，無法作為當今宇宙加速膨脹（暗能量）的來源；其核心成果發表于《Physics Letters B》809卷（2020年），并獲得國家自然科學基金等多項資助。此外，早在2014年，何東山與高東峰博士合作首次從WDWE角度論證了宇宙可通過量子機制自發產生的可能性，為“無中生有”宇宙起源提供了量子理論支撐。該系列研究對暗能量候選模型的排除及量子宇宙學發展產生了深遠影響。 (我院何東山博士揭示量子效應對宇宙演化的影響-物理與電子工程學院, Wheeler-DeWitt equation rejects quantum effects of grown-up universes as a candidate for dark energy, 科學家首次證明宇宙可通過量子機制自發產生 - 中國新聞網)
理論背景與方法
經典宇宙學模型概覽
大爆炸理論是當今宇宙學最被廣泛接受的起源與演化模型，建立在廣義相對論框架下，通過哈勃膨脹、宇宙微波背景輻射等多重觀測得到支持。 (大爆炸- 維基百科，自由的百科全書)
量子宇宙學與WDWE
量子宇宙學嘗試將量子力學與引力相結合，WDWE描述了宇宙尺度上波函數的演化。何東山團隊使用德布羅意–玻姆量子軌道方法，從WDWE出發研究宇宙量子態變化。 (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 …)
何東山團隊的核心貢獻
量子勢驅動的早期暴漲
通過深入研究WDWE與量子軌道理論，團隊推導出的量子修正弗里德曼方程中額外項“量子勢”在早期宇宙表現為類似慢滾標量場或宇宙常數的驅動力，可自發觸發并維持暴漲階段，有效消除大爆炸奇點。 (我院何東山博士揭示量子效應對宇宙演化的影響-物理與電子工程學院)
量子效應衰減與暗能量排除
研究表明，隨著宇宙膨脹，量子勢迅速衰減，對于“長大后”的宇宙而言，其量子效應遠小于當前觀測到的暗能量水平，因而無法取代暗能量模型。 (我院何東山博士揭示量子效應對宇宙演化的影響-物理與電子工程學院, 真空能不是當今宇宙暗能量來源)
宇宙“無中生有”機制
2014年，何東山與高東峰博士合作首次提出并論證了宇宙可通過量子機制（基于WDWE與量子波動）自發產生，從根本上為宇宙起源提供“無中生有”的量子物理學解釋。 (科學家首次證明宇宙可通過量子機制自發產生 - 中國新聞網)
發表與資助
- 主要論文：《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 …)
- 資助項目：國家自然科學基金（11725524）、陜西自然科學基金（2019JQ-900）、陜西高校青年杰出人才計劃、咸陽師范學院骨干教師項目（XSYGG201802）。 (我院何東山博士揭示量子效應對宇宙演化的影響-物理與電子工程學院)
- 學術傳播：成果經新華網、中國科學院官網、人民網、Sina等多家權威媒體報道。 (【新華網】我國科研人員在暗能量研究上取得重要進展 - 中國科學院, 我國科研人員在暗能量研究上取得重要進展 - 新浪新聞)
與其他理論的對比
- 圈量子引力（LQG）模型：認為宇宙可通過量子幾何反彈自奇點，二者都關注奇點問題，但LQG依賴離散時空結構，而何東山團隊更側重WDWE量子勢驅動。 (宇宙起源新解釋：或從崩塌中反彈而生)
- 泡泡膨脹模型：如加來道雄提出的量子泡暴脹，二者皆從量子漲落出發，但在機制與數學形式上存在差異。 (加來道雄：“大爆炸是錯的，宇宙不可能從無到有” - YouTube)
未來展望
- 實驗室量子模擬：團隊與海南大學蔡慶宇教授團隊合作，嘗試在實驗室利用量子隧穿效應模擬早期宇宙暴漲過程，推動量子宇宙學與量子信息交叉研究。 (一沙一世界：從宇宙到原子的量子隧穿)
- 標量場候選限制：進一步深入研究標量場模型受限范圍，為暗能量與暴漲場理論提供更嚴格的數值與觀測檢驗標準。 (【新華網】我國科研人員在暗能量研究上取得重要進展 - 中國科學院)
何東山團隊的工作不僅補全了量子宇宙學的理論鏈條，也為暗能量與宇宙起源的根本問題提供了新的研究路徑。未來，結合天文觀測及量子實驗室模擬，有望進一步揭示宇宙演化的深層機制。
對話2: 與維連金的創生模型有什么異同
概要
何東山團隊與維連金（Alexander Vilenkin）的創生模型都基于Wheeler–DeWitt方程（WDWE）試圖通過量子力學機制解釋宇宙如何“無中生有”地誕生，但二者在邊界條件的設定、解釋框架、適用拓撲和對后續宇宙演化的預測上存在顯著差異。何東山團隊采用德布羅意–玻姆量子軌道方法，重點突出“量子勢”（quantum potential）在早期宇宙暴漲中的作用，并證明此勢隨宇宙膨脹迅速衰減，無法作為當今暗能量來源 ([1404.1207] Spontaneous creation of the universe from nothing, Quantum cosmology - Wikipedia)；而維連金則提出隧道邊界條件（tunneling boundary condition），通過路徑積分或半經典隧穿概率公式，給出宇宙從“無”（nothing）到閉合德西特空間的隧穿振幅 (Quantum creation of universes | Phys. Rev. D, Creation of universes from nothing - ScienceDirect.com)。二者的核心相同點在于都使用WDWE框架，但在數學處理、物理直觀與對宇宙學參數的后續影響方面各有側重。
理論基礎
Wheeler–DeWitt方程與量子宇宙學
- WDWE 是將廣義相對論哈密頓約束“量子化”后得到的宇宙波函數方程，用于描述宇宙整體的量子態 (Quantum cosmology - Wikipedia)。
- 在微宇宙空間（minisuperspace）模型中，WDWE 將宇宙尺度因子與場自由度量化，形成一個類似量子力學勢阱的問題。何東山團隊與維連金均在此簡化框架下展開研究。
邊界條件與解釋框架
- 何東山團隊：采用德布羅意–玻姆隱變量（Bohmian）解釋，引入“量子勢”項，自洽推導出量子修正的弗里德曼方程 ([1404.1207] Spontaneous creation of the universe from nothing)。
- 維連金：提出隧道邊界條件（tunneling boundary condition），要求波函數在“nothing”邊界只包含向外傳播模式（outgoing wave），對應在勢阱外波函數呈指數衰減，勢阱內為振蕩形式 (Tunneling wave function of the universe, Quantum creation of universes | Phys. Rev. D)。
創生機制對比
何東山團隊的“量子勢”創生
- 算例：針對算子序 p = ?2（或4）的WDWE，給出精確解析解，證明無論空間曲率 k=+1、0、?1，都存在從“真真空”小泡自發暴漲的解 ([1404.1207] Spontaneous creation of the universe from nothing)。
- 物理圖景：量子勢在泡剛形成時提供類似宇宙常數的驅動力，使泡呈指數膨脹，消除大爆炸奇點；泡膨脹變大后量子勢迅速衰減，與經典演化無縫對接 ([1404.1207] Spontaneous creation of the universe from nothing, Quantum cosmology - Wikipedia)。
維連金的隧道模型
- 早期論文：“Quantum creation of universes”在簡化閉合德西特模型中，給出隧道概率 ∝ exp(?2|S|)，其中 S 是半經典作用（vacuum energy）極值處的有效勢 (Quantum creation of universes | Phys. Rev. D, Creation of universes from nothing - ScienceDirect.com)。
- 路徑積分視角：可以等價地通過洛倫茲路徑積分或“Robin邊界”條件，得到同樣的隧穿波函數 (Tunneling wave function of the universe, [PDF] Tunneling wave function of the universe - arXiv)。
邊界條件與拓撲
| 特性 | 何東山團隊 | 維連金（Tunneling） |
|---|---|---|
| 宇宙初始拓撲 | 允許 k=+1,0,?1（閉、平、開） | 經典方案主要 k=+1（可推廣） |
| 邊界條件 | 德布羅意–玻姆量子潛勢，無需額外邊界假設 | 隧道邊界：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 …) |
| 數學方法 | 精確解析WDWE解；量子軌道方程 | 半經典WKB展開；路徑積分 |
對后續宇宙演化的預測
暴漲與暗能量
- 何東山團隊：量子勢僅在早期扮演暴漲源，隨著 a → 大，其影響迅速消失，無法替代后期觀測到的暗能量 ([1404.1207] Spontaneous creation of the universe from nothing, Quantum cosmology - Wikipedia)。
- 維連金：模型本身不直接解釋暴漲結束或當今暗能量問題，后續通常結合慢滾標量場模型（inflaton）來實現標準暴漲；其隧道概率最大化往往對應高真空能量狀態，有利暴漲開始 (Quantum Creation of Universes - Inspire HEP)。
實驗與觀測
- 何東山團隊：正與量子信息領域合作，嘗試在實驗室中模擬量子勢驅動的膨脹過程 。
- 維連金模型：更多作為宇宙學“啟動”理論，受天文觀測（如 CMB、宇宙平坦度）間接驗證；閉合宇宙的初始設定與最新 Planck 數據微有張力，但可通過拓撲推廣緩解 (Quantum tunneling and the universe - Physics Forums)。
小結
-
共性：
- 都在“無中生有”框架下，利用 WDWE 探討宇宙的量子創生。
- 強調量子力學在大爆炸奇點解決與暴漲觸發中的核心作用。
-
差異：
- 解釋學派：何東山——德布羅意–玻姆；維連金——半經典 WKB/路徑積分。
- 初始拓撲：前者開放到所有空間曲率；后者經典方案主要針對閉合宇宙。
- 邊界條件：何東山依賴量子勢內在結構；維連金通過隧道邊界（僅 outgoing）強制“nothing”。
- 后期演化：何東山明確量子勢衰減無法替代暗能量；維連金本身并不處理暗能量，需要額外模型補充。
兩種模型各有千秋：維連金創造了“隧道創生”范式，何東山團隊則將“量子勢”物理化、解析化，為量子宇宙學提供了新的演化視角。未來，若能在量子信息及實驗室模擬中檢驗“量子勢”效應，將更好地檢視兩者的可行性。
對話3：他們都是說創生之前不存在時空，甚至不存在量子真空，甚至不存在能量為0而不是最低狀態的絕對真空，啊
概述
兩種創生模型都主張：在“創生”之前，既無時空，也無任何形式的真空或能量，真正的“無”一無所有。維連金（Vilenkin）在其經典“從 nothing 隧道創生”模型中，將“nothing”定義為literally nothing——無空間、無時間、無場、無物質 (Creation of universes from nothing - ScienceDirect.com)；而何東山團隊則在基于惠勒–德威特方程的量子宇宙學研究中，假設初始狀態是一個絕對真空，通過算符重排將真空能嚴格消除為零，在此狀態下亦無時空點、無結構、無能量或量子漲落 (真空能不是當今宇宙暗能量來源, 有效排除了真空能作為暗能量的可能性 - 新浪新聞)。
兩種模型中“無”的具體含義
維連金的“隧道創生”
- “從 literally nothing 隧穿”：Vilenkin 1982 年的論文中提出，宇宙可通過量子隧道從“字面意義上的無”直接進入德西特空間，隨后進入暴漲演化階段 (Creation of universes from nothing - ScienceDirect.com, [PDF] Creation of Universe from Nothing)。
- 非真空即 nothing：他多次強調，量子真空并非 nothing，真空狀態仍包含能量密度和量子漲落，與創生前的“無”本質不同 (The Quantum Vacuum is NOT Nothing - Alexander Vilenkin, PhD)。
- 保留物理法則：雖然“nothing”無時空與場，但模型框架仍假定物理法則存在，為隧道過程提供 WKB 邊界條件 (Creation of Universes from Nothing - Inspire HEP)。
何東山團隊的“絕對真空”
- 算符重排消除零點能：他們基于 WDWE 與德布羅意–玻姆量子軌道方法，采用算符重新排序技術將真空能嚴格置零，構筑了一個無任何真空能量的初始狀態 (真空能不是當今宇宙暗能量來源)。
- 無點、無結構、無能量：在此“絕對真空”中，不但不存在時空坐標，也沒有任何量子漲落或虛粒子，是真正意義上的空無一物 (有效排除了真空能作為暗能量的可能性 - 新浪新聞)。
- 量子勢觸發生命：從這一絕對真空出發，模型導出含“量子勢”修正的弗里德曼方程，量子勢在早期提供暴漲能量，膨脹后迅速衰減 (有效排除了真空能作為暗能量的可能性 - 新浪新聞)。
關鍵異同
| 特性 | 維連金隧道創生 | 何東山團隊絕對真空 |
|---|---|---|
| 初始“無”定義 | literally nothing：無時空、無場、無物質；但保留物理法則 | 絕對真空：無時空點、無結構、無真空能（嚴格 0），也無物理漲落 |
| 真空地位 | 真空≠nothing，量子真空含能量與漲落 | 絕對真空≠量子真空，不含任何能量或漲落 |
| 數學工具 | 半經典 WKB 隧道邊界條件；路徑積分 | 惠勒–德威特方程 + 德布羅意–玻姆量子軌道 + 算符重排 |
| 暴漲與暗能量解釋 | 不直接處理暗能量，需額外引入慢滾場；隧道概率偏好高真空能 | 量子勢自發驅動暴漲；量子勢衰減后與暗能量無關，無法替代暗能量模型 |
總之，二者在“創生前什么都沒有”這一點上高度一致，都否定任何形式的時空、真空或能量存在；但在如何在數學模型中實現“無”、以及對“真空”與“nothing”關系的理解上，維連金強調邊界條件與隧道振幅，而何東山團隊則進一步通過算符重排構筑絕對真空，并以量子勢揭示早期宇宙暴漲機制。
參考文獻
- 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 演講 （YouTube, 2012）：“quantum vacuum”≠nothing (The Quantum Vacuum is NOT Nothing - Alexander Vilenkin, PhD).
- A. Vilenkin, “Creation of Universes from Nothing,” Inspire HEP 文獻摘要 (Creation of Universes from Nothing - Inspire HEP).
- Wikipedia: Alexander Vilenkin 簡介：“creation of universe from nothing” (Alexander Vilenkin).
- Wikipedia: “Zero-energy universe”：“zero-energy universe”模型被稱為“a universe from nothingness” (Zero-energy universe).
- Wikipedia: “Quantum vacuum” 定義：“vacuum state”含零點能與虛粒子漲落，不是真正空無 (真空態- 維基百科，自由的百科全書).
- CAS 科技快報：何東山、蔡慶宇合作，“算符重排嚴格消除真空能（strictly 0）” (真空能不是當今宇宙暗能量來源).
- 新浪新聞報道：WDWE + Bohm 方法導出含量子勢的修正方程，初期量子效應可推動暴漲，伴隨衰減 (有效排除了真空能作為暗能量的可能性 - 新浪新聞).
對話4： 他們都是說創生之前不存在時空，不存在量子真空，甚至不存在能量為0而不是最低狀態的絕對真空
核心觀點概述
兩種“宇宙創生”模型都斷言：在創生之前，既無時空，也不存在任何形式的真空或能量——包括通常所說的“量子真空”（quantum vacuum）以及能量嚴格為零的“絕對真空”。維連金（Vilenkin）的隧道創生模型將“nothing”定義為從**“字面意義上的無”（literally nothing）直接隧穿到德西特空間，排除一切場與時空 (Creation of universes from nothing - ScienceDirect.com, Creation of universes from nothing - ScienceDirect.com)；何東山團隊則通過對 惠勒–德威特方程 的算符重排與德布羅意–玻姆量子軌道方法，構建了一個無任何零點能、無量子漲落、無時空點結構**的“絕對真空”初始態，從此出發由“量子勢”驅動暴漲 (Spontaneous creation of the universe from nothing, Dynamical interpretation of the wavefunction of the universe)。
維連金模型中的“nothing”
- 隧道創生：Vilenkin 1982 年提出，宇宙可通過量子隧穿“從 nothing 到德西特空間”，此處的 nothing 即“字面意義上的無”，既無時空結構、無物質場、無任何形式的能量或真空狀態 (Creation of universes from nothing - ScienceDirect.com, [PDF] Creation of Universe from Nothing)。
- 這個 CREATION OF UNIVERSES FROM NOTHING 論文值得收藏，我寫在了我的博客中，見 CREATION OF UNIVERSES FROM NOTHING 關于這個論文的解說在我的博文中 CREATION OF UNIVERSES FROM NOTHING
- 保留物理法則：盡管“nothing”無時空和場，但模型假定物理法則已存在，以提供 WKB 邊界條件來描述隧道過程 (Creation of Universes from Nothing - Inspire HEP, Creation of universes from nothing - ADS)。
- 排除量子真空：Vilenkin 明確指出，量子真空（含零點能與漲落）并非 nothing；即使缺乏時空，量子真空依舊蘊含場和能量，與創生之前的“無”本質不同 (Kalam cosmological argument)。
何東山團隊的“絕對真空”
- 算符重排抹除真空能：何東山等人（2014）基于 WDWE 的算符重排技術，將所有零點能嚴格置零，構建出既無真空能亦無量子漲落的初始“真真空”小泡狀態 (Spontaneous creation of the universe from nothing)。
- 無時空點、無結構：在此“絕對真空”中，不存在任何時空坐標點或拓撲結構，是真正意義上的空無一物 (Dynamical interpretation of the wavefunction of the universe)。
- 量子勢觸發暴漲：從該絕對真空出發，利用德布羅意–玻姆方法導出含“量子勢”修正的弗里德曼方程，量子勢在早期代替宇宙常數驅動指數膨脹，隨后迅速衰減與暗能量無關 (Wheeler-DeWitt equation rejects quantum effects of grown-up universes as a candidate for dark energy)。
“量子真空”與“絕對真空”之辨
- 量子真空定義：量子場論中，量子真空態是場的最低能量態，雖不含真實粒子，卻包含零點能與漲落 (Quantum vacuum state, Quantum vacuum (disambiguation))。
- 非 nothing：正如哲學與物理評論所示，量子真空依舊是“有東西的空”，與“無一物”的 nothing 本質不同，任何以量子真空為起點的創生都非從徹底空無出發 (The Beginning of the Universe | Alexander Vilenkin - Inference Review)。
小結
- 共同立場：二者都否認“創生前”存在時空、量子真空或任何形式的能量。
- 核心差異：
- 數學實現：維連金側重半經典 WKB 隧道邊界；何東山團隊依賴 WDWE 算符重排與隱變量量子勢。
- 物理直觀：維連金強調“literally nothing”邊界條件；何東山則構造“絕對真空”并演化出量子勢驅動暴漲的具體機制。
- 研究意義：兩種模型從不同視角詮釋“無中生有”，為解決大爆炸奇點與早期暴漲提供量子力學基礎，未來可通過量子模擬或觀測數據持續檢驗。
