本书从量子宇宙学的角度研究了宇宙的量子效应及其对宇宙演化的影响，包含了几年来波野多结节与黑人和合波野多结节与黑人们以及国内外同行在量子宇宙学方面的一些成果和进展。本书从量子宇宙学的角度给出了宇宙自发产生于无的数学证明，研究了宇宙中物质的来源；提出了宇宙波函数的动力学解释，并且在小超空间模型下证明了宇宙学量子势无法充当暗能量推动当今宇宙加速膨胀等内容。全书包括爱因斯坦场方程与经典宇宙学、量子宇宙学、量子效应导致宇宙自发产生、宇宙波函数的动力学解释、量子势和暗能量、暴胀产生粒子等六章。 本书适合对宇宙学感兴趣的物理学专业的本科生和研究生，以及从事量子宇宙学研究的科研人员阅读。
关于宇宙的起源及宇宙如何演化的问题，自古以来就吸引着无数科学家和哲学家去研究和探索。各个时代的哲学家、宗教学家、科学家都曾得出过各自的结论。1687 年，牛顿提出的万有引力定律，首次揭开了行星运动之谜，奇迹般地预言了海王星和冥王星的存在并被天文观测所证实。但牛顿引力理论的局限也日益引起学者们的重视，因为它无法解释天文学家观测到的水星近日点的进动，也无法用于研究宇宙(用牛顿引力理论研究宇宙会导致著名的 Newman疑难)。
实际上，对宇宙的研究直到20 世纪之后才正式进入科学的领域。一方面因为爱因斯坦提出的广义相对论为研究宇宙提供了最重要的基础理论，高能物理学的发展也为研究宇宙中物质产生及相互作用过程提供了重要工具。另一方面，由于实验技术的快速发展，人们对宇宙的观测在空间和时间上越来越广，数据的采集也越来越精确和全面，为宇宙学的发展提供了重要的实验数据支撑。
如今，随着科学技术和社会生产力的进一步发展，更多已经完成和正在进行的天文观测让我们对宇宙有了更深入的了解。例如，宇宙微波背景探测器(COBE)、哈勃空间望远镜(HST)、威尔金森宇宙微波背景各向异性探测器(WMAP)、普朗克巡天者、宇宙泛星系偏振背景成像望远镜(BICEP)等观测装置提供的更加精确的数据将有助于解开暗物质、暗能量等谜题，促进我们对宇宙起源的探索甚至将推动量子引力及大统一理论的发展。现代宇宙学特别是量子宇宙学将继续作为自然科学研究中的一个重要前沿阵地，吸引着越来越多人的兴趣。
本书中，波野多结节与黑人结合量子轨道理论和量子宇宙学研究了宇宙的起源问题；通过对宇宙量子效应的研究，探讨了宇宙量子势是否可以作为暗能量推动宇宙加速膨胀。本书的主要创新性工作包括以下几个方面。
(1) 将德布罗意-玻姆量子轨道理论应用于量子宇宙学，结合惠勒-德威特方程，首次给出了宇宙自发地产生于无的数学证明。当选择合适的算符次序参数时，惠勒-德威特方程的解表明：一旦假真空由于量子涨落产生了一个小真空泡，无论它的时空是封闭、平坦还是开放的，它都将迅速地以指数级膨胀，从而产生早期宇宙。我们发现量子势扮演着宇宙学常数或者慢变标量场的角色，它推动了早期宇宙的指数加速膨胀。宇宙长大后，量子效应减弱，暴胀结束。因此，早期宇宙的产生完全取决于其自身的量子效应。
(2) 研究了暴胀时期粒子的产生过程，发现暴胀时期产生的粒子足以使宇宙再加热，这些粒子也是现在宇宙中物质的来源。我们对指数加速膨胀时空进行坐标变换，利用隧穿的方法计算了粒子在宇宙视界处的产生率，得到暴胀时期霍金辐射的温度正比于暴胀时期的哈勃参数，因此暴胀结束时宇宙具有很高的能量密度。计算结果表明暴胀时期产生的粒子有能力再加热宇宙并作为现在宇宙中物质的来源。
(3) 提出了宇宙波函数的动力学解释，认为在小超空间模型下，宇宙的概率密度反比于宇宙的哈勃参数。因此，宇宙的概率密度应该表示在整个宇宙演化过程中宇宙所处状态的概率。本书利用波函数的动力学解释证明了惠勒-德威特方程在经典极限下可以给出经典宇宙的演化规律，它满足经典量子对应。同时，在本书对波函数动力学的解释中，量子宇宙学中长期存在的由于算符次序模糊性而引入的参数的取值问题得到了解决，这里我们要求宇宙概率密度在宇宙任何时期都有限，给出了算符次序参数的约束。
(4) 从量子宇宙学的基本方程惠勒-德威特方程出发，使用德布罗意-玻姆量子轨道理论，通过对广义相对论的量子化，给出了带有量子修正的弗里德曼方程，运用该方程依次研究了宇宙从小到大过程中量子效应的变化，有效地排除了宇宙学量子势作为暗能量的可能性，并对标量场作为暗能量候选给出了理论限制，为进一步研究暗能量的性质聚焦了方向。
本书内容是根据何东山博士和蔡庆宇研究员合作完成的科研工作整理而成的。何东山负责本书的具体撰写，蔡庆宇负责本书框架设计和最终版本的修订工作。感谢陈炜、段世萍两位同学帮助编辑书中的公式。 本书的出版得到了咸阳师范学院重点学科建设经费、专业建设经费和科研项目经费资助。
限于著者水平，如有不妥之处，敬请谅解。
著 者
2022年11月
本书的从量子宇宙学的角度研究了宇宙的量子效应及其对宇宙演化的影响，包含了波野多结节与黑人和合波野多结节与黑人们以及国内外同行在量子宇宙学方面近年来的进展。