「一年前，他跟我說：『讓我們來搞定多重宇宙吧。』於是，我們著手創建一套方法，將多重宇宙的觀點發展成一個清晰、可驗證的科學框架。」但這個模型並不完全嚴謹，也不完整。他們也承認還需要做出更多的努力。

作者 Tia Ghose

翻譯 阿金

審校 金庄維

*部分段落有刪改

就在物理學家史蒂芬·霍金逝世前數月，他發表了一篇論文，一些媒體聲稱這將最終證實（或否定）平行宇宙的存在。然而，數位沒有參與這項研究的物理學家則表示，這種說法有些「宇宙級別的誇大其詞（cosmic inflation）」。

法蘭克福高等研究學院的物理學家薩賓·霍森菲爾德（Sabine Hossenfelder）評論道：「這篇論文沒有提供觀測檢驗的相關內容。雖然研究並非不有趣，但這只是上千個關於早期宇宙可能情形的觀點之一，而且那上千個觀點中有很多都涉及平行宇宙。」

這項研究由霍金和比利時魯汶大學（KU Leuven）的物理學家托馬期·赫托格（Thomas Hertog）共同完成，並於 2017 年 7 月首先發布在 arXiv 上。之後在霍金逝世前一周，論文進行了更新。該研究試圖找出霍金的「無邊界」模型所預言的宇宙類型，來解釋宇宙大爆炸。

然而，MIT 理論物理學家、諾貝爾獎得主弗蘭克·維爾切克（Frank Wilczek）認為，這項研究依賴於一些推測性的、未經證實的理論，並且大膽地利用這些理論得出了不夠明確的結論。

宇宙是無邊界的

這篇論文的根基是霍金最知名、但尚未被證實的理論：用於解釋宇宙大爆炸的「無邊界假設」。愛因斯坦的廣義相對論認為，在大爆炸發生之前，一定存在一個奇點。在那裡，物質密度無限大，而且極其炙熱，所有的物理定律都不再適用。無邊界假設是霍金和加利福尼亞大學物理學家詹姆斯·哈特爾（James Hartle）一起提出的，在這一概念中，奇點不僅是空間的奇點，也是時間的奇點。也就是說，在大爆炸之前，我們所知道的時間並不存在。想像一下那時的宇宙，它就好像是沒有邊界的——就像一個球，無論環繞多少圈都到達不了邊界。

圖片來源：universe-review.ca

在科學家們分析這個觀點的時候，他們意識到，霍金的無邊界理論預言嬰兒宇宙在迅速膨脹時，可能會產生其他宇宙，最終形成多重宇宙。事實上，霍金的理論假設我們的宇宙僅僅是無限多平行宇宙中的一個，這些平行宇宙都存在於一個無限、分形的多重宇宙中。但這個多重宇宙會帶來一個悖論：因為宇宙的數量是無限多，所以沒有人能夠對於我們生活的這個宇宙作出可檢驗的預言。赫托格在一封郵件中這樣告訴我們。（由於存在無限多的可能性，那麼任何情況都變得可能，因此無法確定某一個宇宙的特徵。）

「霍金對這種情況並不滿意。」 赫托格在郵件中表示，「一年前，他跟我說：『讓我們來搞定多重宇宙吧。』於是，我們著手創建一套方法，將多重宇宙的觀點發展成一個清晰、可驗證的科學框架。」

為了減少平行宇宙的數量，研究人員不得不在量子物理和經典物理定律之間架起橋樑，前者主宰著胎兒宇宙中的微小奇點，而後者統治著我們生活的龐大宇宙。在這項新研究中，霍金和赫托格使用全息的方法將兩者統一起來。這樣，他們成功地將多重宇宙之林中的無限成員縮減到有限。一旦能夠研究這些有限數量的宇宙，他們就能做出關於這些宇宙的理論預言。

霍森菲爾德解釋說：「比如，他們發現，跟我們宇宙相似的平滑宇宙是可能存在的。」

在大爆炸之後，宇宙經歷過一段爆髮式膨脹時期，稱為「暴脹」，它會放大宇宙大爆炸產生的原初引力波。這種宇宙誕生初期的古老回聲被記錄在微弱的微波輻射中，稱為宇宙微波背景輻射（CMB）。這種輻射滲透在我們宇宙的每個角落。如果未來的衛星確認 CMB 數據中的能量信號符合霍金模型預測的暴脹理論，那麼這就會是證明多重宇宙存在的強有力證據。赫托格提到。

證據真的強有力嗎？

但是其他科學家對此有所質疑。大部分其他的暴脹模型也預言了原初引力波——北卡羅來納大學的宇宙學家凱蒂·麥克（Katie Mack）說道。「這篇論文提出的觀點沒有給出區別於其他暴脹模型的新特徵。」

換言之，CMB 數據無法判斷到底是霍金的理論，還是其他上千種理論中的一種是正確的。

另外，維爾切克還補充道，如果 CMB 信號不符合霍金和赫托格的預測，那就證偽了這篇論文中使用的特定假設和近似。在這種意義上，理論是可以進行檢驗的。

圖片來源：yaabot.com

理論家的「玩具」

除此之外，霍金和赫托格依靠一個數學框架來連接量子理論和引力，但是這個框架卻建立在一些未經證實、實際上還不完整的猜想之上。

「他們應用『玩具模型』完成了這項研究，但這個模型並不完全嚴謹，也不完整。他們也承認還需要做出更多的努力。」 麥克說道。

相關論文信息

【標題】A Smooth Exit from Eternal Inflation?

【作者】S. W. Hawking, Thomas Hertog

【日期】2017.7.24

【摘要】The usual theory of inflation breaks down in eternal inflation. We derive a dual description of eternal inflation in terms of a deformed CFT located at the threshold of eternal inflation. The partition function gives the amplitude of different geometries of the threshold surface in the no-boundary state. Its local and global behavior in dual toy models shows that the amplitude is low for surfaces which are not nearly conformal to the round three-sphere and essentially zero for surfaces with negative curvature. Based on this we conjecture that the exit from eternal inflation does not produce an infinite fractal-like multiverse, but is finite and reasonably smooth.

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