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北京时间5月3日早晨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。这是《时间简史》作者给出的最后一项关于宇宙起源的理论。
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。
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。”霍金关于论文说道。
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。
霍金和赫托格用这种新方法计算出了永恒膨胀理论的一个平滑出口,导向有限的宇宙,比此前的永恒膨胀理论建构的无限分形结构简洁得多。
“我们没有减少到一个唯一的宇宙,但我们的结果还是大大简化了多元宇宙,可能存在的宇宙的范围要小得多。”赫托格说道。这也增加了理论的可验证性。
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。
宇宙暴胀理论发展至今日,被无数天文观测结果所验证,但仍有一些终极问题留待解答。膨胀如何开始?膨胀的预设启动条件是什么?膨胀如何形成了如今的宇宙?无论过去未来,膨胀都是永恒的吗?
霍金留下的最后一篇论文,纯理论,纯计算,纯假说;没有观测结果,没有验证对象,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。