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2018年5月11日 星期五

Stephen Hawking’s Last Paper May Prove Multiverse





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雖然身困輪椅,但霍金的思想,跑得比大部分地球人都要遠。

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?》

圖自 Quanta Magazine

今天,霍金這篇最後的論文正式在《Journal of High Energy Physics》上發佈,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


自 Giphy

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 10³⁶ 秒開始,至 10³³ 至 10³² 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「宇宙暴脹(Inflation)」。

在「宇宙暴脹」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,暴脹會一直進行下去,也就是「永恆暴脹(eternal inflation)」。

自 How It Works Magazine

因為暴脹中的區域,會以極快速度膨脹和自我複製,所以,如果暴脹衰減的速度,比新暴脹區形成的速度慢,那就總會有新的暴脹形成,而這些暴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。

常規的永恆暴脹理論預測,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,今天發佈的論文《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,到達永恆暴脹的臨界點,我們所熟知的時間概念將失去意義。

Hertog 介紹道,他們將無限暴脹,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,圖自 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

自 DNA India

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」這件事情本身獲得啓發。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。

題圖來自 The Independent

                                                                                                                                                                                                                 

  

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