霍金的最后一篇论文发布了,他认为世界没有我们想象中那么无序

新创

2018-05-03 17:47

虽然身困轮椅,但霍金的思想跑得比大部分地球人都要远。

就在霍金离世前 10 天,他和比利时鲁汶大学理论物理学教授 Thomas Hertog 完成修订,并提交了双方合作撰写的论文 《A Smooth Exit from Eternal Inflation?》

(图自 Quanta Magazine

今天,霍金这篇最后的论文正式在《Journal of High Energy Physics》上发布,为宇宙起源提出了一种新的理论。

除了是一位伟大的物理学家,霍金还在许多领域做出了杰出贡献。想了解更多霍金的故事?欢迎微信关注公众号爱范儿(ID:ifanr),在公众号后台回复关键词 「霍金」获取更多信息。

一分钟背景回顾:大爆炸和多元宇宙

(图自 Giphy

一切都从一次大爆炸开始,Bang!(that all started with a big bang,BANG!)

就像美剧《宇宙大爆炸》主题曲唱的一样,不少科学家都认为我们的宇宙起源于一次大爆炸。但这下 Bang 后到底发生了什么事?

在物理宇宙学中,一种理论认为,在大爆炸后的 10⁻³⁶ 秒开始,至 10⁻³³ 至 10⁻³² 秒之间,宇宙空间就像气球一样以比光速更快的速度膨胀,这段极短的时间被称为 “宇宙暴胀(Inflation)”。

在 “宇宙暴胀” 后,宇宙会继续膨胀,但速度会慢很多,星球行星也才得以形成。

我们所处的宇宙看起来已经进入稳定的状态。但不少理论认为,在宇宙的某些地方,暴胀会一直进行下去,也就是 “永恒暴胀(eternal inflation)”。

(图自 How It Works Magazine

因为暴胀中的区域会以极快速度膨胀和自我复制,所以,如果暴胀衰减的速度比新暴胀区形成的速度慢,那就总会有新的暴胀形成,而这些暴胀随之会形成一个个不同的口袋宇宙,组成一个 “多元宇宙(multiverses)”,而我们的宇宙也只是其中一个。

常规的永恒暴胀理论预测宇宙是一个无限的分形,在膨胀的海洋中,镶嵌着不同的口袋宇宙。

一个口袋宇宙中的物理和化学定律和另一个口袋宇宙会有所不同,这一个个不同的口袋宇宙组成了多元宇宙。

霍金在去年秋天的采访中如此说道

为无限设一个限

但我从来都不是这个多元宇宙理论的粉丝。

因为,这意味着口袋宇宙们数量近乎无穷多,这个理论也无法得到验证。

霍金补充道。这也是为什么他和 Hertog 尝试提出一种新的多元宇宙解释理论,今天发布的论文《A Smooth Exit from Eternal Inflation?》就记录了他们的新想法。

据哈佛天文学系主席 Avi Loeb 解读,霍金和 Hertog 主要通过数学方式解决了原本数学和哲学上的瓶颈问题,并推出 “能够形成的宇宙具有一定限制性” 这个预测。

当我们回溯宇宙发展的历程,到达永恒暴胀的临界点,我们所熟知的时间概念将失去意义。

Hertog 介绍道,他们将无限暴胀设定在时间开始的临界点上,那是一切的边界。

(科幻动画《Futurama》中描绘的大爆炸,图自 Futurama Wiki

值得留意的是,这和霍金生前曾提出的 “无界宇宙理论” 有所不同,后者预测,如果我们回到宇宙开端,将看到宇宙像半球一样闭合。

而现在,我们要说的是,我们的过去是有边界的。

他们预计,从这个边界之上,大爆炸形成了一系列有特定结构的宇宙。

如果这个理论成立,这意味着我们的宇宙和其它口袋宇宙很可能都是从那个临界点开始形成的,而且我们还有可能能够找到和宇宙膨胀痕迹相匹配的引力波作为论据,这就成为了一个可去论证的假设。

不过,Hertog 也表示,现存的设备仍未能够探测出这类证据,所以,他更多是寄望未来科技发展带来更先进的仪器技术,可对理论进行进一步研究。

一个理论,一颗种子

(图自 DNA India

在未来,也许会有人将这个研究进行下去,找出支持的论证,带领人类揭开探究浩瀚宇宙中的一小部分。

但目前为止,这更像是霍金留下的一个充满想象力的假设,一颗小小的种子,而论文题目中的问号,也像是向世界发起讨论的一个邀请标志。

也许,我们更应该从 “霍金在离世前十天还在忙于修改研究宇宙起源的论文” 这件事情本身获得启发。追随心之所向,即便那件事看起来就像要研究宇宙起源,回到时间开始之端那样遥远。

除了是一位伟大的物理学家,霍金还在许多领域做出了杰出贡献。想了解更多霍金的故事?欢迎微信关注公众号爱范儿(ID:ifanr),在公众号后台回复关键词 「霍金」获取更多信息。

题图来自 The Independent

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