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霍金生前最后提出关于宇宙的理论,会使你的大脑融化

2018年5月4日9:19 环球解密

    开创性物理学家史蒂芬霍金在他去世之前给我们留下了他最后的光辉:他的最后一篇论文详细介绍了关于宇宙起源的最后一个理论,与鲁汶大学的Thomas Hertog合著。

    发表在Journal of High Energy Physics上的这篇论文提出,宇宙比目前的多重宇宙论所暗示的要简单得多。

    它基于一种名为永恒暴胀论(eternal inflation)的概念,最初于1979年推出并于1981年出版。

    大爆炸后,宇宙经历了巨大的膨胀时期。 然后它放慢了速度,能量转化为物质和辐射。

    不过,根据永恒暴胀论,一些太空泡沫停止了膨胀或减速往停止的方向,形成了静态太空的分段式死角。

    同时,在其他太空泡沫中,由于量子效应,膨胀从未停止,导致有无限数量的多重宇宙。

    根据这理论,我们在可观测宇宙中所看到的一切都只存在于其中一个泡沫中,它的膨胀已经停止,允许形成恒星和星系。

    霍金和Hertog现在都说永恒暴胀论是错的。 这是因为爱因斯坦的广义相对论在量子尺度上行不通。

    新理论基于弦理论,弦理论试图用微小振动的一维弦,来代替粒子物理中的点状粒子,来试图结合广义相对论和量子理论。

    在弦理论中,全息原理(holographic principle)提出在低维界线上能存在一部分的太空; 所以宇宙就像一个全息图,三维太空中的物理现实可以用数学的方式缩减到二维投影的表面。

    研究人员开发了许多不同版本的全息原理,它将永恒暴胀论的时间维度投射出来,这使他们能够解释这概念而不必依赖广义相对论。

    这允许它们在数学上,在宇宙的一开始,将永恒暴胀论在一个平面空间上被缩减到一个没有时间的状态。

    Hertog说:“当我们追溯宇宙演化的时间时,在某个时刻,我们到达永恒暴胀的门槛,我们熟悉的时间概念不再有任何意义。”

    1983年,霍金和另一位研究员物理学家James Hartle提出了所谓的“宇宙无边界论”(no-boundary theory)。 他们提出,在大爆炸之前,有太空,但没有时间。 所以当宇宙开始时,它从一个点扩大,但没有边界。

    根新的理论,早期宇宙确实存在一个边界,这使霍金和Hertog能得出有关宇宙结构更可靠的预测。

    霍金说“我们预测我们的宇宙在最大尺度上是相当平顺和有限的,所以它不是分段结构。”

    这结果,并不反驳多重宇宙论,但将它们缩减到一个更小的范围, 这表示多重宇宙论在未来可能更容易测试,如果这项工作可以被其他物理学家复制和证实的话。

    Hertog计划透过寻找可能由永恒暴胀论产生的引力波来对它进行测试。

    这些波太大而不能被LIGO探测到,但未来的引力波干涉仪,如LISA,以及未来宇宙微波背景的研究可能可以发现找到。

    这团队的研究已发表在Journal of High Energy Physics上,可在arXiv上完整阅读。

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