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霍金的最后一项科学工作 | 他所要征服的不仅仅是疾病...
发布时间:2018/05/10

在去世前十天,斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)向宇宙发送了更为深刻的见解——一篇与比利时鲁汶天主教大学物理学家 Thomas Hertog共同撰写的论文,解决平行宇宙(multiverse)的问题。


这篇论文之前发布在一个预发表网站上,预发表网站主要供科学家们在将论文发表于同行评议期刊之前分享草稿。这激发了大量令人不安的报道,说他预言了世界末日,并提供了一种探测交替宇宙的方法。


实际上,这项发表于《高能物理杂志》(Journal of High Energy Physics)的研究并没有那么耸人听闻。它解决的是一个物理学家自己帮助提出的悖论:如果大爆炸创造了无限宇宙,在物理定律上有无穷无尽的变化,那么科学家们如何有望回答一些基本问题——关于为什么我们的宇宙看起来是这样的?


霍金于3月14日去世,享年76岁。他克服了一种毁灭性神经疾病(ALS)的影响,发表了关于黑洞和其他宇宙奥秘的突破性见解。


“到底是斯蒂芬,”芝加哥大学宇宙学家Michael Turner在谈到这项新研究时说,“直到最后,他依然不惧怕最棘手的问题,他选择的是一个让我感到头疼的问题。”


科学家们相信,在大约138亿年前宇宙开始的时候(“大爆炸宇宙论”),它经历了一个被称为膨胀的过程——在很短的时间内呈指数扩张。在这种快速膨胀的过程中,空间中的微小量子涨落被放大到宇宙大小,创造出“结构”的种子,这些“结构”将成为星系并照亮宇宙。


一些膨胀理论的设计者,包括斯坦福大学物理学家Andrei Linde,提出了一个并行的想法:膨胀期间的量子涨落不仅会产生星系,还会产生整个宇宙。更诡异的是,Linde认为膨胀仍在发生。在周三的一次采访中,他将宇宙比作一块不断扩张的瑞士奶酪。奶酪上的洞是“口袋宇宙”( pocket universes),那里的局部膨胀已经停止,物质得以凝聚,形成恒星和星系。我们也许就生活在这样的一个口袋里,包裹在密集的乳制品中,和存在于我们周围的无限交替宇宙毫无关系。


如果这个想法让你惊讶,一点也不奇怪。一些宇宙学家对“永恒膨胀”以及可能源于它的平行宇宙持谨慎态度。首先,如果不同的口袋宇宙是分离的,我们如何验证它们是否存在?另一方面,一个无限的平行宇宙将违背数学分析,很难运用模型来理解宇宙是如何运行的。


在他们的新论文中,霍金和Hertog“给平行宇宙理了发”,Turner说。为此,他们利用了霍金的“无边界”理论和被称为“全息宇宙”的概念。前者是霍金在1980年代发展出的想法,用于解释宇宙如何产生;后者认为宇宙可以被看作是一张全息图,三维现实可以在数学上坍缩为二维,更容易计算。


因此,他们能够为庞杂、难以理解的平行宇宙带来某种程度的秩序。在这个模型中,口袋宇宙的数量将会减少,而且共有某些基本特性,使它们更容易分析。


“我们并不是处于一个单一、独一无二的宇宙中,但我们的发现意味着平行宇宙的数量将显著减少到一个小得多的可能宇宙范围,”霍金在去年秋天剑桥大学的一次采访中说道。


这个模型还没有被完全发展起来,北卡罗莱纳州立大学宇宙学家Katie Mack说,“它更像是一个简化版本,只是为了看看会发生什么,”依赖于尚未被广泛接受的概念和仍然很新的数学工具。


她还指出,霍金和Hertog在论文中没有提供任何可量化的预测,导致这个想法难以测试。


“不是42,”Turner引用了小说《银河系漫游指南》中的一个笑话。在这个笑话中,42是“生命、宇宙和一切终极问题的答案”。


但对科学家们而言,这是一件好事:虽然不是解决宇宙中所有问题的方法,但却是一个有趣——即便听起来有点古怪——的想法。这是一条可能的路径,尽管他们不知道它可能通向哪里。


在这一点上,这对物理学家来说是一份合适的遗产。


“斯蒂芬·霍金是一个人,”Linde说,“他并非一个每周每天都发表正确看法的天才,”他也一直奋力挣扎于我们都在苦苦挣扎想要解决的相同的科学问题中”——尽管他身处更大的逆境,而且拥有比大多数人所希望实现的更敏锐的洞察力。


剑桥大学称这篇论文是霍金“有关宇宙起源的最终理论”。霍金将这篇论文留给了同事们,给了他们一件在解决“生命、宇宙和万物”的问题时值得思考的事情。


“但非常伤心的是,斯蒂芬不能和我们一起谈论这件事,”Linde说道。


外文标题:One of Stephen Hawking’s final scientific acts: Tackling the multiverse

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