你還不知道吧？霍金最終的宇宙大爆炸理論

史蒂芬·霍金被認為是我們這個時代最有影響力的科學家之一。在這個星球上，這位聞名的物理學家、科學傳布者、作家和名人當作了家喻戶曉的名字，與愛因斯坦、牛頓和伽利略等人一樣。更讓人印象深刻的是，盡管他患有慢性退行性疾病，但他仍然對峙科學、教育和人道本家兒義而不竭盡力。

為了紀念斯蒂芬·霍金，締造迄今為止宇宙中最詳盡的三維測繪當作果。圖片：BBC, Illus.: T.Reyes

固然霍金歸天了，但他的影響仍然存在并且很是主要！在霍金歸天前不久，霍金提交了一篇論文，提出他關于宇宙發源的最終理論，5月2日頒發了這篇論文，提出了一種新的年夜爆炸理論，它將徹底改變我們對宇宙的觀點：宇宙是若何被締造出來的，以及宇宙是若何演化的。

這篇題為“從永恒的宇宙膨脹中平穩退出”的論文，頒發在《高能物理》期刊上。該理論于客歲7月在劍橋年夜學(University of Cambridge)的一次會議上初次頒布發表。在該會議上，Thomas Hertog傳授(一名來自KU Leuven年夜學的比利時物理學家)在他75歲生日的時辰分享了霍金的論文(Hertog合著)。

斯蒂芬·霍金在歸天前不久提出關于宇宙年夜爆炸的最終理論。圖片：University of Cambridge

按照今朝的科學共識，宇宙中所有當前和曩昔的物質都同時存在——年夜約在138億年前。這時所有的物質都被壓縮當作一個很是小的奇點，密度和熱量都是無限。俄然奇點起頭以指數速度膨脹，而我們所知道的宇宙就起頭了。然而，人們遍及認為，自從宇宙膨脹起頭，量子效應將使它在宇宙的某些區域永遠持續下去。

這意味著，在規模內，宇宙的膨脹是永恒的。在這方面，宇宙中可不雅測到的部門(以任何偏向測量138億光年)只是一個區域，在這個區域內，膨脹竣事，恒星和星系形當作。正如霍金客歲秋天在劍橋年夜學的一次采訪中所詮釋的：

“永恒膨脹理論”展望，在規模內，我們的宇宙就像一個無限的分形，由分歧的口袋宇宙構成，由一個膨脹的“海洋”離隔。物理和化學紀律可以從一個口袋宇宙到另一個口袋宇宙，它們配合組成一個多元宇宙。但我從來都不喜好多元宇宙。若是多元宇宙中分歧宇宙標準是龐大的或無限，那么這個理論就不克不及被查驗。

在他們的新論文中，霍金和Hertog提出了一種新理論，該理論展望宇宙并不是一個無限的，不法則的多元宇宙，而是有限且半斤八兩光滑的。簡而言之，他們認為：作為年夜爆炸理論的一部門，永恒宇宙膨脹是錯誤的。Hertog詮釋說：關于永恒膨脹凡是詮釋的問題是：它假心猿意馬了一個現有的布景宇宙，并按照愛因斯坦的廣義相對論成長，并把量子效應看作是環繞著它的小波動。

然而永恒宇宙膨脹的動態消弭了古典和量子物理之間的分手。是以，愛因斯坦的理論在永恒宇宙膨脹中掉效了。與此形當作對比的是，霍金和Hertog提出了一種基于弦理論的詮釋，弦理論是理論物理學的一個分支，試圖將廣義相對論與量子物理學同一起來。

這一理論被用來詮釋引力若何與宇宙其他三種根基力彼此感化(弱和強的核力和電磁)，從而發生萬物理論。簡單地說，這個理論把宇宙的根基當作分描述為細小的一維振動弦。霍金和Hertog方式利用了弦理論的全息概念，它假心猿意馬宇宙是一個年夜而復雜的全息圖。在這個理論中，某些三維空間中的物理實際可以從數學上簡化為平面上的二維投影。

這幅圖展示了宇宙的演變，從左邊的年夜爆炸到現代的右邊。圖片：NASA

霍金和Hertog配合開辟了這一概念的變體，以揭示永恒膨脹中的時候維度。這使得他們可以或許描述永恒的宇宙膨脹，而不必依靠廣義相對論，從而將宇宙膨脹降低到在時候起頭時空間概況上界說的永恒狀況。在這方面，新理論代表了霍金之前關于“無鴻溝理論”研究的改變。

這一理論也被稱為“Hartle”和“霍金”，并沒有提出任何有價值的建議。這一理論把宇宙看作是一個量子粒子，它付與它一個描述所有可能宇宙的波函數。這個理論還預言，若是你回到宇宙的起點，它會像一個球體一樣縮短和閉合。最后，它展望宇宙最終會遏制膨脹并自行坍塌。正如Hertog詮釋的那樣，這個新理論與之前的工作各走各路：

當我們回溯宇宙的演化時，在某個時刻達到了永恒宇宙膨脹的門檻，我們熟悉的時候概念不再有任何意義，此刻我們說我們的曩昔有一個邊界。操縱這一理論，霍金和Hertog可以或許對宇宙的全布局做出更靠得住的展望。此外，在曩昔的鴻溝上展望出宇宙永恒膨脹也是有限的，并且要簡單得多。最后，但并非最不主要的是，這個理論比古老永恒宇宙膨脹理論所預言的無限多元宇宙更具有展望性和深奧無極試性。