霍金的最後一篇論文告訴了我們什麼？
已故的物理學家霍金在他的一生中對宇宙學做出了巨大的貢獻，但他並沒有完全解答出宇宙的所有奧秘。
現在，他的最後一篇論文已經出版了——它介紹了關於宇宙大小和形狀的一些新觀點。但是這項研究到底說了些什麼呢？這些發現又有多重要呢？
我們傳統的宇宙觀是，我們的宇宙從大爆炸開始，然後有一個非常迅速膨脹的時期，被稱為宇宙暴脹。這創造了我們今天生活的大而平的宇宙。問題是，宇宙暴脹往往會有停滯的問題。
這是因為早期宇宙中的暴脹實際上是由量子力學的奇怪規則所支配的，使得它以一種意想不到的方式運行。
例如，根據量子力學，粒子可以從真空中隨機出現，然後再一次消失——這就是所謂的量子漲落。在早期的宇宙中，量子漲落可能導致宇宙的某些部分突然開始以比其它部分快的速度膨脹。
這就意味著，大多數對暴脹的明確描述都有這樣的特徵：儘管暴脹可能在某些區域結束，但在其它區域卻仍在繼續，因此整個宇宙總體上將「永遠暴脹」。
這也同時表明我們應該是生活在一個平行宇宙的「多元宇宙」的小口袋裡，在這個「多元宇宙」中，暴脹已經停止，恆星已經形成。然而，整體的多元宇宙會不斷創造新的暴脹的宇宙，就像不規則的碎片形狀一直生長。
一個不規則碎片型的宇宙？（圖片來源：Wolfgang Beyer/Wikipedia）
這樣的宇宙將是非常不平衡的——這就是霍金的論文所關注的方面。如果我們把宇宙想像成一個氣球，那麼給氣球充氣應該是均勻膨脹的過程。
但是宇宙永久性的膨脹看起來就像是氣球的一小部分突然失去彈性不再膨脹。考慮到氣球的其餘部分仍在膨脹，這將會使整個氣球的表面變得非常尖銳。
永恆的宇宙暴脹理論和多元宇宙的理論是強有力的，因為它們可以很方便地解釋人類這樣帶有像「人擇原理」意識的物種的存在。
這本質上說，為了讓生命存在，宇宙環境整體上必須與我們所居住的星球非常接近。例如，如果行星沒有形成，那麼就很難想像生命是如何存在的，或者也很難解釋《星際迷航》中的生命和生存方式。
如果只有一個宇宙，那它就不太可能像我們自己居住的宇宙一個模樣。然而，如果有無限多的宇宙，那麼就能保證至少其中一個包含生命。
馴服無窮
但這足以解釋宇宙嗎？畢竟，我們從未見過這些無限的平行宇宙。在《高能物理學》雜誌上發表的一篇論文中，霍金和他的同事、來自比利時庫魯文大學的Thomas Herzog使用了一種玩具模型來探索宇宙的結構。
他們使用全息技術，將三維空間從數學上減少到表面的二維投影，試圖計算出宇宙的樣子。
整個維度的隱藏使得做這樣的建模更加容易。考慮到隨機的量子漲落的可能性，他們觀察到多元宇宙存在形如更平滑的尖氣球的可能性，並且發現宇宙具有平滑的傾向性。
這表明，永恆的宇宙暴脹也許並不是科學家們最初認為的首選結果。
相反，他們認為多元宇宙遠不是無限的，儘管有可能不止一個宇宙存在。
但是，相對於一個無限大的數字來說，較少的平行宇宙存在的可能性更可取，這意味著我們可以試著確定它們的樣子和位置。我們還可以探索它們是否在宇宙大爆炸留下的輻射中留下了痕迹，使理論更容易得到測試。
雖然這只是一個玩具模型，但在更大的量子宇宙背景下直接解決宇宙暴脹的概念是新穎而迷人的。現在，Hertog是否能把這些想法變成一個預測，來尋找其它宇宙的跡象還有待觀察。
儘管這是霍金最後一篇發表的論文，但他也致力於研究其它的理論，直至生命盡頭。例如，他與劍橋大學的宇宙學家Malcolm Perry和哈佛大學的Andy Strominger，試圖弄清楚物理信息是否會永久消失在黑洞中——而這是他之前的研究提出的一個問題。
蝌蚪五線譜編譯自sciencealert，譯者李彤馨，轉載須授權
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