霍金最後一篇論文發布,推翻生前對宇宙膨脹的理論

今天,霍金這篇最後的論文正式在《Journal of High Energy Physics》上發布,為宇宙起源提出了一種新的理論。值得留意的是,這和霍金生前曾提出的「無界宇宙理論」有所不同。
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photo credit: Santi Visalli/Getty Images
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原文刊登於合作媒體 愛范兒 ,INSIDE 授權轉載。

雖然身困輪椅,但霍金的思想跑得比大部分地球人都要遠。

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就在霍金離世前 10 天,他和比利時魯汶大學理論物理學教授 Thomas Hertog 完成修訂,並提交了雙方合作撰寫的論文《A Smooth Exit from Eternal Inflation?》。

今天,霍金這篇 最後的論文 正式在《Journal of High Energy Physics》上發布,為宇宙起源提出了一種新的理論。

除了是一位偉大的物理學家,霍金還在許多領域做出了傑出貢獻。

一分鐘背景回顧:大爆炸和多元宇宙

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一切都從一次大爆炸開始,Bang!(that all started with a big bang,BANG!)

就像美劇《宇宙大爆炸》主題曲唱的一樣,不少科學家都認為我們的宇宙起源於一次大爆炸。但這下 Bang 後到底發生了什麼事?

在物理宇宙學中,一種理論認為,在大爆炸後的 10⁻³⁶ 秒開始,至 10⁻³³ 至 10⁻³² 秒之間,宇宙空間就像氣球一樣以比光速更快的速度膨脹,這段極短的時間被稱為「宇宙膨脹(Inflation)」。

在「宇宙膨脹」後,宇宙會繼續膨脹,但速度會慢很多,星球行星也才得以形成。

我們所處的宇宙看起來已經進入穩定的狀態。但不少理論認為,在宇宙的某些地方,膨脹會一直進行下去,也就是「永恆膨脹(eternal inflation)」。

photo credit: How It Works Magazine

因為膨脹中的區域會以極快速度膨脹和自我複制,所以,如果膨脹衰減的速度比新膨脹區形成的速度慢,那就總會有新的膨脹形成,而這些膨脹隨之會形成一個個不同的口袋宇宙,組成一個「多元宇宙(multiverses)」,而我們的宇宙也只是其中一個。

「常規的永恆膨脹理論預測宇宙是一個無限的分形,在膨脹的海洋中,鑲嵌著不同的口袋宇宙。一個口袋宇宙中的物理和化學定律和另一個口袋宇宙會有所不同,這一個個不同的口袋宇宙組成了多元宇宙。」霍金在 去年秋天的採訪中 如此說道。

為無限設一個限

但我從來都不是這個多元宇宙理論的粉絲。因為,這意味著口袋宇宙們數量近乎無窮多,這個理論也無法得到驗證。

霍金補充道。這也是為什麼他和 Hertog 嘗試提出一種新的多元宇宙解釋理論, 今天發布的論文《A Smooth Exit from Eternal Inflation?》就記錄了他們的新想法。

據哈佛天文學系主席 Avi Loeb 解讀 ,霍金和 Hertog 主要透過數學方式解決了原本數學和哲學上的瓶頸問題,並推出「能夠形成的宇宙具有一定限制性」這個預測。

當我們回溯宇宙發展的歷程,到達永恆膨脹的臨界點,我們所熟知的時間概念將失去意義。

Hertog 介紹道 ,他們將無限膨脹設定在時間開始的臨界點上,那是一切的邊界。

科幻動畫《Futurama》中描繪的大爆炸,photo credit: Futurama Wiki

值得留意的是,這和霍金生前曾提出的「無界宇宙理論」有所不同,後者預測,如果我們回到宇宙開端,將看到宇宙像半球一樣閉合。

「而現在,我們要說的是,我們的過去是有邊界的。」他們預計,從這個邊界之上,大爆炸形成了一系列有特定結構的宇宙。

如果這個理論成立,這意味著我們的宇宙和其它口袋宇宙很可能都是從那個臨界點開始形成的,而且我們還有可能能夠找到和宇宙膨脹痕跡相匹配的引力波作為論據,這就成為了一個可去論證的假設。

不過,Hertog 也表示,現存的設備仍未能夠探測出這類證據,所以,他更多是寄望未來科技發展帶來更先進的儀器技術,可對理論進行進一步研究。

一個理論,一顆種子

在未來,也許會有人將這個研究進行下去,找出支持的論證,帶領人類揭開探究浩瀚宇宙中的一小部分。

但目前為止,這更像是霍金留下的一個充滿想像力的假設,一顆小小的種子,而論文題目中的問號,也像是向世界發起討論的一個邀請標誌。

也許,我們更應該從「霍金在離世前十天還在忙於修改研究宇宙起源的論文」這件事情本身獲得啟發。追隨心之所向,即便那件事看起來就像要研究宇宙起源,回到時間開始之端那樣遙遠。


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