霍金無邊界宇宙模型最新解釋出爐，解開宇宙歷史奧秘

知識 07-26

有人問霍金：您認為您的黑洞輻射和無邊界設想，哪個更為重要？霍金坐在輪椅上，控制著滑鼠在屏幕上悠悠然打出一行字：別人認為黑洞輻射更重要，因為它已經被普遍接受，我卻認為無邊界設想更重要。在書里，霍金甚至自信地說，無邊界設想就像就像當初的日心說、相對論一樣，雖然剛開始很多人不能理解，但最終會成為人人都相信的理論。認識無邊界設想和虛時間，會像認識地球是圓的一樣，成為人類智慧的重大飛躍。

無邊界設想又叫無邊界宇宙模型，意思是說，在所有宇宙歷史裡，宇宙像地球表面一樣，是一個有限但沒有邊界的閉合曲面，只是這個表面不是二維，而是四維的。筆者曾把這個模型理解為三維空間加時間和虛時間的五維時空，但還是非常難以理解，因為霍金用了虛時間和歐幾里得時空這些普通人很難理解的概念。今天筆者從另一個角度來描繪，不知道是不是更易懂、更接近這個設想的基本意圖？

無邊界設想有兩個關鍵詞，一個是對宇宙歷史求和，一個是虛時間，也就是說無邊界模型包含了宇宙在虛時間中的所有可能歷史，有人把它理解為平行宇宙，雖然有一定的道理，但和霍金的設想應該是不完全相符的。

我們可以把宇宙想像成一個在實時間中膨脹的三維球面，它可能膨脹到一定程度就收縮，也可能靜止下來，或者一直膨脹下去。如果我們單單把時間拿出來，這個時間就是宇宙的歷史路徑，它可看作一條線段或者射線，在這條線上的每一點上都附著一個三維宇宙歷史球。現在霍金認為，在和實時間垂直的虛時間裡，宇宙還有無數可能的歷史，要描繪整個宇宙，就需要對所有虛時間中的宇宙歷史路徑進行求和，也就是說要對無數虛時間以及附著其上的無數多的三維宇宙歷史球求和。我們先不考慮三維宇宙歷史球，只對虛時間求和，這樣就會從宇宙開始的奇點，發散出無數的路徑，歸於可能的終點，這些虛時間中的路徑就形成了一個二維的閉合球面，就像地球一樣，無數宇宙歷史從南極出發，沿歷史路徑（經線）發散，最後到達北極。這樣宇宙的奇點就被抹平了，我們就不用再追究奇點之前究竟發生了什麼事，因為這個宇宙模型沒有奇點之前，就像地球沒有南極點之前這個概念一樣。南極點和地球上其它點沒有什麼兩樣，無邊界宇宙模型中的奇點也和其它點沒有什麼兩樣。

如果再把三維歷史球疊加進這個無邊界宇宙模型，實際上就是一個包含實時間和虛時間的五維宇宙歷史球，也就是整個宇宙的波函數。根據量子力學的觀點，一旦有智慧生物去觀測宇宙，這個波函數就會在虛時間中坍縮，宇宙就會選擇一種最有可能的歷史在實時間中呈現出來，這就是我們所在的四維時空——現實宇宙。霍金更進一步說，我們的這個宇宙並不是完美的圓球面，完美圓球面在虛時間中對應著一直以暴脹方式膨脹的宇宙，我們的宇宙則是南極更平坦一些的球面，這樣在經歷暴脹階段後，膨脹速度便緩慢下來，物質落到一起形成星系和恆星，才有了我們這樣的智慧生命。在虛時間中這種宇宙的歷史便表現為南極略微平坦且有微小起伏，科學家們已經在宇宙微波背景輻射中發現了這種漣漪，範圍大約是萬分之一度。

這可能是無邊界宇宙模型中，到目前為止最接近霍金本意，最通俗易懂的解釋。不過現在這個模型確實不是一種主流的宇宙觀，也許太過超前，也許還有待完善，也許乾脆就會被證偽，誰知道呢？量子力學裡本來就那麼多說不清道不明的東西，要把它擴展到宇宙這麼大的尺度上去，還不定會搞出些什麼更稀奇古怪的事來呢。

（題圖來自霍金書籍）

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