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霍金生前最后一篇论文发表面世 提出寻找“多元宇宙”证据

3W资讯2019-06-11 03:54:36

5月3日消息,北京时间今天早晨7时,已故英国物理学家史蒂芬·霍金在去世前10天最后修改过的一篇论文在《高能物理杂志》(Journal of High Energy Physics)上发表。这篇论文也是《时间简史》的作者留给世人的最后一项关于宇宙起源的理论。

英国《泰晤士报》3月18日曾报道,在英国著名理论物理学家斯蒂芬·霍金(StephenHawking)去世3天后,霍金最后的科学贡献也为世人所知。这份最后的科学贡献指的是,霍金在去世前两周提交的最后一篇论文,其中提出了为寻找“多元宇宙”证据进行太空探测的数学方法。泰晤士报称,如果这些证据在霍金的有生之年就能找到,那他很有可能将得到诺贝尔奖。

该理论曾在2017年7月在剑桥大学的一次会议上首次亮相,以纪念霍金的75岁生日。比利时鲁汶大学理论物理学教授赫托格(Thomas Hertog)是论文的合著者。他们基于弦理论进行了大量复杂的数学计算,得出所谓的多元宇宙是有限的这一结论。

宇宙暴胀理论认为,在大爆炸后的极短时间内,时空进行了指数级的膨胀。一些科学家们继而推论,在整体上宇宙会永恒地膨胀,只在一小部分区域停下来,不断形成无限多气泡般的宇宙。人类的可见宇宙就是不断膨胀的时空中的其中一个“泡泡”。

霍金曾在去年秋天接受采访时说道:“常规的永恒膨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。”人类所处的这个“泡泡”中的物理法则,比如光速是300000km/s,无法适用到其他“泡泡”里。这些迥异的小宇宙,共同构成一个多元宇宙。

“我从来就不喜欢多元宇宙这个概念。如果多元宇宙中的不同宇宙是无限的,那这个理论就无法得到验证。”霍金却说道。

在最后的论文中,霍金和赫托格提出多元宇宙论推出的这种叙事是错误的,或者用论文标题的比喻来说,“给永恒膨胀找到一个平滑的出口”。“我们预测宇宙在整体上是平滑而有限的。这不是个无限的分形结构。”霍金在论文中提到。

霍金和赫托格利用弦理论统一相对论和量子力学,重新计算永恒膨胀问题。简要地说,他们借用了弦理论中的“全息”概念:整个宇宙是一张巨大而复杂的全息图,三维空间中的物理现实在数学上可以简化投影到二维平面上。

霍金和赫托格发展出了“全息”概念的一个分支,将永恒膨胀理论中的时间维度投射出来,从而摆脱对爱因斯坦理论的依赖。在这个模型中,永恒膨胀被简化为时空起点上的一张空间曲面。

霍金此前提出的宇宙“无边界条件”预测如果回溯到宇宙开始时,宇宙会像半球一样闭合。但这篇论文给出了不同的结果:当回溯到某个节点,就会到达永恒膨胀的门槛。过了那个门槛,人类熟知的时间概念会失去意义。

“现在我们要发现在过去还是有边界的。”赫托格说道。同时,赫托格也表示,他仍会在论文基础上继续探索。

2018年3月4日是这篇论文显示的最后修改时间。10天后,霍金逝世。

如同他生前的一些成果,霍金提出的最后一项宇宙学理论遭受了质疑。加拿大圆周理论物理研究所的 Neil Turok 教授就表示:“我仍旧很困惑,为什么霍金会觉得这个设想有趣?”

布法罗大学文理学院教授 Will Kinney也提醒道,霍金和赫托格的论文中没有提出找到多元宇宙的方法。

无论如何,霍金和赫托格利用“全息投影”,给解决“泡泡”间不相通的问题提供了一种思路。 哈佛大学天体物理学家Avi Loeb说道,新论文用数学来克服这个数学和哲学瓶颈,并对允许在多元宇宙中存在的宇宙类型进行预测。

正如媒体评价,霍金留下的这样最后一篇论文,是纯理论,纯计算,纯假说;没有观测结果,没有验证对象,也没有指明通向平行宇宙的道路。在终极问题之上,它埋下了一颗不知是否能发芽生根的种子。