霍金生前最后一篇论文发表 再谈平行宇宙

来源：TechPunk

编辑 | 都保杰

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霍金在去世前10天最后修改过的一篇论文被发表在了《高能物理杂志》（Journal of High Energy Physics）上。

霍金生前著作文章无数，他最后修改的这一篇一经发表便引发大量关注，人们想看看霍金最后留了什么话，毕竟，从此以后世界再无霍金，时间永留简史了。

专业读者分析，这篇文章无疑还是关于宇宙起源的理论，核心思想就是平行宇宙没那么多。

这个理论曾在霍金75岁诞辰时首次亮相于剑桥大学。论文还有一个合著者是比利时鲁汶大学理论物理学教授赫托格（Thomas Hertog）。

他们以弦理论为基础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结论，而所谓的多元宇宙就是大家熟悉的平行宇宙。

弦理论是一门理论物理学 上的学说。理论里的物理模型认为组成所有物质的最基本单位是一小段“能量弦线”，大至星际银河，小至电子，质子，夸克一类的基本粒子都是由这占有二维时空的“能量线”所组成。

宇宙暴胀理论认为，宇宙暴胀或暴胀理论是指在早期宇宙一段快速膨胀的过程，从大爆炸之后的 10?36 秒开始持续到 10?33 到 10?32 之间。在负压力的真空能量驱使下，宇宙在这段期间空间膨胀了至少 10 的 78 次方倍。

宇宙整体上都在暴胀，但在这个过程种会有一小部分停止暴胀，停止的这部分则会形成无数个汽包般的宇宙。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，镶嵌著不同的口袋宇宙”。

但是这些“泡泡”各不相同，其中的物理特性也不相同。比如光速在人类所处的这个“泡泡”里是 300,000 km/s，但它无法适用到其它“泡泡”中去。所以这些个平行宇宙多种多样。

但是霍金却不喜欢多元宇宙这个概念，他认为，如果存在各不相同的多元宇宙，那么光速无法在其它平行宇宙中以这种速度传播该怎么验证呢？

所以，在最后这篇论文里，霍金和赫托格提出的观点是并没有那么多的平行宇宙。

他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。而这篇论文的标题就是“给永恒膨胀找到一个平滑的出口”。

但是如何寻找这个平滑的出口呢？霍金和赫托格利用弦理论统一相对论和量子力学，从而重新计算永恒膨胀问题。

其实，最早提到引起宇宙膨胀所必需的斥力的人是建立广义相对论的爱因斯坦（1879～1955）。根据广义相对论，可以把空间看作具有像橡胶那样的伸缩性质。

爱因斯坦把广义相对论应用到全部宇宙，他立即就得到一个令人吃惊的结果。理论预言，宇宙在遍布各处的星系的引力的作用下，应该收缩。

但是，爱因斯坦坚持的是“宇宙是静态的，不应该收缩”的信念，于是他在 1917 年提出，“空间自身具有一种斥力效应，能够抵消物质万有引力的那种吸引效应。”

他把空间具有的这种斥力叫做“宇宙斥力”，或者叫做“宇宙常数(宇宙项)”。所以有后者名称，是因为在广义相对论的方程中，宇宙斥力被表示为一个常数。

但是，哈勃的观测揭示出宇宙其实是动态的，爱因斯坦发现自己错了，于是收回了自己先前的看法。据传，爱因斯坦曾说他的宇宙斥力概念是他“一生中最大的失败”。

所以霍金和赫托格对此进行了重新计算。弦理论科学家假定，宇宙中所有粒子都被局限在一个四维的膜宇宙（brane）中，而膜宇宙又漂浮在一个更高维度的体宇宙（bulk)里。

所以弦理论认为自然界的基本单元是微小的“弦”，弦在振动和运动过程中产生基本粒子。

所以他们把整个宇宙看作是无数条“弦”组成的巨大而复杂的全息图，三维空间中的物理现实在数学上可以简化投影到二维平面上。

霍金和赫托格发展出了“全息”概念的一个分支，将永恒膨胀理论中的时间维度投射出来，从而摆脱对爱因斯坦理论的依赖。在这个模型中，永恒膨胀被简化为时空起点上的一张空间曲面。

而这个空间曲面有节点，它就是永恒膨胀的门槛，过了这个门槛，时间概念就会失去意义。这个节点也就是宇宙的边界。

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，证明宇宙是有限的，比此前的永恒膨胀理论建构的无限分形结构简洁得多。

赫托格说道：“虽然这个模型没有证实宇宙是唯一的，但是它大大简化了多元宇宙数量，所以可能存在的宇宙的范围要小得多”。

这篇论文的最后修改时间是 2018年3月4日，10 天后，霍金逝世。而就在5 月3日，它与世人见面，像是霍金留给人类的最后的礼物。

虽然霍金逝世了，但是论文合著者赫托格仍会在论文基础上继续探索。他要证实出宇宙的范围其实是可以用太空望远镜观测到的。

因为这个理论与传统理论相差甚远，所以质疑也是难免的。加拿大圆周理论物理研究所的 Neil Turok 教授就表示：“我仍旧很困惑，为什么霍金会觉得这个设想有趣？”

布法罗大学文理学院教授 Will Kinney 也提醒道，霍金和赫托格的论文中没有解释清楚他们研究的方法，也没有让人信服的证据证明他们的结论。

但是无管怎样，两人所用的弦理论“全息投影”为物理研究提供了一种新的思路。按照这个思路研究下去，终有一天物理学家们能找到这些“泡泡”之间的联系。

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。

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