量子複雜度與哈伯張力：以量子引力角度詮釋宇宙的大尺度結構

核心概念

宇宙的膨脹速率（哈伯常數）可能與宇宙的量子複雜度之間存在關聯，暗示著宇宙的演化與其複雜度的增長息息相關。

摘要

量子引力與時空起源

• 本文旨在探討量子引力如何影響我們對宇宙大尺度結構的理解，特別是哈伯常數與宇宙量子複雜度之間的關係。
• 作者認為時空並非基本實體，而是從量子關聯中湧現出來的，並提出了一種新的量子引力模型，其中時空起源於無關聯物的量子關聯。
• 作者認為傳統的 AdS/CFT 對偶模型存在概念上的問題，因為它假設邊界比體積更基本，但兩者之間的對偶性應該是對稱的。
• 作者提出的新模型將 AdS/CFT 對偶模型重新詮釋為一種代數理論的幾何化，該理論控制著超越時空的量子糾纏關聯。

量子複雜度的第二定律

• 作者引入了量子複雜度的概念，並提出量子複雜度遵循類似於熱力學第二定律的規律，即量子複雜度會隨著時間推移而增加，直到達到最大值。
• 作者認為量子複雜度與時空湧現有關，並提出可以用有效參與時空湧現的量子關聯數量來量化量子複雜度。

全息複雜度與哈伯常數

• 作者將宇宙的因果菱形區域視為有限大小的區域，並用自旋網路描述的時空微觀結構作為紫外截止，從而規範了量子複雜度的自由度。
• 作者推導出哈伯常數平方與宇宙全息複雜度之間的關係式，表明哈伯常數隨著宇宙全息複雜度的增加而增加，直到達到飽和狀態。
• 作者認為早期宇宙和晚期宇宙觀測到的哈伯常數差異可以通過宇宙複雜度隨時間的演化來解釋。

宇宙學觀測的新視角

• 作者指出，在沒有量子參考系的情況下，需要改變對宇宙描述的觀點，才能將該理論應用於宇宙學觀測。
• 作者認為，可觀測宇宙的半徑與宇宙全息複雜度的倒數相關，這意味著我們觀測到的全息複雜度越低，就能看到越遠的宇宙。
• 作者認為，不同觀測者在宇宙中觀察到的哈伯常數差異，僅僅反映了宇宙複雜度對距離的依賴性。

統計資料

早期宇宙觀測得到的哈伯常數值為 H0 = 67.4 ± 0.5 km s−1Mpc−1。
晚期宇宙觀測得到的哈伯常數值為 H0 ≥ 70 km s−1Mpc−1。
最新的 SHOES 觀測結果為 H0 = 73.2 ± 1.3 km s−1Mpc−1。
早期和晚期觀測結果之間的差異在統計學上相當於 4σ 到 6σ，具體取決於所考慮的數據集。

引述

"A type IIB string theory living in a classical AdS bulk must emerge from quantum entanglement correlations, without correlata, described by abstract spin networks, in the limit where the number of correlations becomes large."
"If the computational complexity is less than the maximum, then with the overwhelming likelihood it will increase, till it saturates at a maximal value."
"The difference between the values obtained to H0 when one considers early and late-time measurements must be only a testimony that our universe has evolved from a relatively simple state at their early times to a very complex place containing structures like galaxies, stars, quasars, and black holes."

從以下內容提煉的關鍵洞見

Quantum complexity and the Hubble tension: a quantum gravity portrayal for the large scale structure of the cosmos

by Carlos Silva 於 arxiv.org 11-18-2024

https://arxiv.org/pdf/2312.05267.pdf

深入探究

如果宇宙的量子複雜度持續增加，最終會達到什麼樣的狀態？

根據本文提出的理論，宇宙的量子複雜度與宇宙學常數 H0 密切相關。隨著宇宙量子複雜度的增加，H0 會隨之增長，但最終會達到飽和狀態，此時 H0 將呈現穩定的行為。
文中指出，當量子複雜度達到最大值時，宇宙的演化將回歸標準宇宙學模型的描述。然而，目前我們對於宇宙量子複雜度的最終狀態仍缺乏明確的理解。一種可能性是，宇宙最終會達到一個極度複雜的狀態，其中充滿了黑洞等高複雜度結構。
另一種可能是，宇宙的量子複雜度會在達到某個臨界值後停止增長，或者開始下降。這些可能性都值得進一步探討。

是否有其他宇宙學現象可以用宇宙的量子複雜度來解釋？

除了 Hubble 張力之外，宇宙的量子複雜度或許可以用來解釋其他宇宙學現象，例如：

宇宙加速膨脹: 宇宙的加速膨脹可能是由暗能量驅動的。暗能量的本質尚不清楚，但它可能與宇宙的量子複雜度有關。隨著宇宙變得越來越複雜，暗能量的密度可能也在增加，從而導致宇宙加速膨脹。
宇宙的大尺度結構: 宇宙的大尺度結構，例如星系團和宇宙網，可能是由宇宙早期量子漲落演化而來的。這些漲落的複雜度可能決定了宇宙大尺度結構的形成和演化。
重子不對稱性: 宇宙中物質和反物質的不對稱性是一個未解之謎。一種可能的解釋是，宇宙早期的量子複雜度導致了物質和反物質之間的微小差異，最終導致了我們今天觀察到的重子不對稱性。
這些都只是初步的猜想，需要更深入的研究來驗證。

如果我們可以操控量子複雜度，是否就能夠影響時空的結構和宇宙的演化？

理論上，如果我們能夠操控量子複雜度，那麼我們就有可能影響時空的結構和宇宙的演化。例如，我們可以通過增加或減少某個區域的量子複雜度來改變該區域的時空曲率，甚至創造出蟲洞或其他奇異的時空結構。
然而，目前我們對量子複雜度的理解還非常有限，更不用說操控它了。此外，操控量子複雜度可能會帶來不可預知的後果，例如破壞時空的穩定性或創造出危險的時空奇點。
總之，操控量子複雜度是一個極具挑戰性但也充滿潛力的研究方向。如果我們能夠在未來掌握這項技術，那麼我們將有可能解開宇宙的終極奧秘，甚至創造出全新的宇宙。