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融化你的大脑!斯蒂芬·霍金关于我们宇宙的最终理论刚刚发表

  开创性的物理学家史蒂芬·霍金在去世前给我们留下了最后一个闪闪发光的光辉:他的最后一篇论文,详细描述了他关于宇宙起源的最后一篇理论,与来自KU Leuven的Thomas Hertog合著。

  今天发表在《高能物理杂志》上的这篇论文提出,宇宙远没有现在多元宇宙理论所暗示的那么复杂。

  它基于一个叫做“永恒的通货膨胀”的概念,该概念于1979年首次提出并于1981年出版。

  大爆炸之后,宇宙经历了一个指数膨胀的时期。然后它变慢,能量转化成物质和辐射。

  然而,根据永恒膨胀理论,一些空间的气泡停止膨胀或减速,形成一个静态空间的小的分形终端。

  与此同时,在其他空间的气泡中,由于量子效应,通货膨胀从未停止——导致无数的多重宇宙。

  根据这个理论,我们在可观测的宇宙中所看到的一切,都包含在这些气泡中——在这种气泡中,膨胀停止了,从而形成了恒星和星系。

  霍金解释说:“通常的永恒膨胀理论预测,在全球范围内,我们的宇宙就像一个无限的分形,由不同的口袋宇宙组成,由一个膨胀的海洋隔开。”

  “当地的物理和化学规律可以从一个口袋宇宙到另一个口袋宇宙,它们共同构成一个多元宇宙。”但我从来都不喜欢多元宇宙。如果多元宇宙中的不同宇宙的尺度是大的或无限的,那么这个理论就不能被检验。

  普林斯顿大学(Princeton University)的物理学家保罗•斯泰因哈特(Paul Steinhardt)曾公开表示,该理论解决了这个问题,这是为了解决——让宇宙,好,普遍与我们的观察一致——并将其转移到一个新的模型上。

  霍金和Hertog现在都在说,永恒的通胀模型是错误的。这是因为爱因斯坦的广义相对论在量子尺度上被打破了。

  Hertog解释说:“通常关于永恒膨胀的问题是,它假设一个现有的背景宇宙根据爱因斯坦的广义相对论发展,并把量子效应看作是围绕着它的小波动。”

  然而,永恒的通货膨胀的动态消除了古典和量子物理之间的分离。因此,爱因斯坦的理论在永恒的通货膨胀中崩溃了。

  新的理论是基于弦理论的,这是一种试图将广义相对论与量子理论相协调的框架,它用微小的振动的一维弦代替粒子物理中的点样粒子。

  在弦理论中,全息原理提出空间的体积可以在低维度的边界上描述;所以宇宙就像一个全息图,在这个全息图中,三维空间中的物理现实可以从数学上简化为二维投影在它们的表面上。

  研究人员开发了一种全息原理的变体,它将时间维度投射到永恒的通货膨胀中,这使得他们无需依赖广义相对论就能描述概念。

  这使得他们可以在宇宙之初的空间表面上,用数学方法将永恒的通货膨胀转化为永恒的状态——这是永恒的通货膨胀的全息图。

  Hertog说:“当我们回溯宇宙的进化时,在某个时刻,我们到达了永恒的通货膨胀的门槛,我们熟悉的时间观念不再有任何意义。”

  1983年,霍金和另一名研究人员、物理学家詹姆斯·哈特尔(James Hartle)提出了所谓的“无边界理论”(no boundary theory)或“霍金-霍金国家”(Hartle-Hawking state)。他们提出,在大爆炸之前,有空间,但没有时间。所以宇宙从一个点开始膨胀,但没有边界。

  根据新的理论,早期宇宙确实有一个边界,这让霍金和Hertog能够对宇宙的结构做出更可靠的预测。

  “我们预测,我们的宇宙,在最大的尺度上,是相当光滑和具有全球有限的。所以它不是分形结构。

  这一结果并没有证明多重宇宙的存在,而是将它们缩小到一个更小的范围——这意味着,如果这项工作可以被其他物理学家复制和证实,那么多元宇宙理论在未来可能会更容易被检验。

  这些波太大,不能被LIGO探测到,但是未来的引力波干涉仪,如天基的LISA,以及未来对宇宙微波背景的研究,可能会揭示它们。

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