永恆膨脹？霍金關於我們宇宙的最後一個理論將會融化你的大腦

具有開創性的物理學家史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)在去世前給我們留下了最後一塊閃亮的光輝：他與來自庫魯汶(KU Leuven)的托馬斯·赫托格(Thomas Hertog)合著的最後一篇論文，詳述了他關於宇宙起源的最後一個理論。

這篇發表在5月份《高能物理雜誌》(Journal of High Energy Physics)上的論文提出，宇宙遠沒有當前多元宇宙理論所顯示的複雜。

它是基於一個被稱為「永恆通脹」的概念，這個概念於1979年首次提出，1981年發表。

大爆炸之後，宇宙經歷了一段指數膨脹時期。然後它慢下來，能量轉化為物質和輻射。

然而，根據永恆膨脹理論，一些空間氣泡停止膨脹或在停止軌道上減慢，形成一個靜態空間的小分形死胡同。

與此同時，在其他的空間泡沫中，由於量子效應，膨脹從未停止——導致無限的多元宇宙。

根據這個理論，我們在可觀測宇宙中看到的一切，都包含在這些氣泡中——在這些氣泡中，膨脹已經停止，允許恆星和星系的形成。

霍金解釋說:「通常的永恆膨脹理論預測，在全球範圍內，我們的宇宙就像一個無限的分形，由不同的口袋宇宙組成，由膨脹的海洋隔開。」

「物理和化學的局部規律可以從一個小宇宙到另一個小宇宙有所不同，它們合在一起就會形成多元宇宙。」但我從來就不是多元宇宙的粉絲。如果多元宇宙中不同宇宙的尺度是大的或無限的，這個理論就無法得到驗證。

近年來，就連永恆通脹模型的最初設計師之一也否認了這一點。

普林斯頓大學(Princeton University)物理學家保羅?斯坦哈特(Paul Steinhardt)曾公開表示，該理論把它本來要解決的問題——讓宇宙，呃，與我們的觀測結果普遍一致——轉移到了一個新的模型上。

膨脹的多元宇宙的可視化。

霍金和赫托格現在表示，永恆的通脹模型是錯誤的。這是因為愛因斯坦的廣義相對論在量子尺度上崩潰了。

赫托格解釋說:「關於永恆膨脹的通常解釋的問題是，它假定存在一個根據愛因斯坦廣義相對論演化的背景宇宙，並將量子效應視為圍繞這個背景宇宙的微小波動。」

然而，永恆膨脹的動力學抹去了經典物理和量子物理之間的區別。結果，愛因斯坦的理論在永恆的膨脹中崩潰了。

霍金的最後一個理論是基於弦理論的，這是一個試圖調和廣義相對論和量子理論的框架，通過用微小的一維振動弦來取代粒子物理學中的點狀粒子。

在弦理論中，全息原理提出空間的體積可以在低維邊界上描述;因此，宇宙就像一個全息圖，在這個全息圖中，三維空間中的物理現實可以用數學方法簡化為平面上的二維投影。

研究人員開發了一種全息原理的變體，該原理將時間維度投射到永恆的膨脹中，這使得他們能夠描述這個概念，而無需依賴廣義相對論。

這樣他們就可以在數學上把永恆膨脹降低到宇宙開始時空間表面的永恆狀態——永恆膨脹的全息圖。

赫托格說:「當我們追溯我們的宇宙在時間上的演變時，到了某個時刻，我們就會到達永恆膨脹的門檻，在這個門檻上，我們熟悉的時間概念就不再有任何意義了。」

1983年，霍金和另一位研究人員、物理學家詹姆斯·哈特爾提出了眾所周知的「無邊界理論」或「哈特-霍金狀態」。他們提出，在大爆炸之前，有空間，但沒有時間。所以宇宙開始的時候，從一個點開始膨脹，但是沒有邊界。

根據新的理論，早期的宇宙確實有一個邊界，這使得霍金和赫托格能夠對宇宙的結構做出更可靠的預測。

「我們預測，我們的宇宙，在最大的尺度上，是相當平滑和全局有限的。所以它不是分形結構。

這個結果並沒有否定多元宇宙，只是將它們縮小到一個小得多的範圍——這意味著多元宇宙理論在未來可能更容易測試，如果這項工作可以被其他物理學家複製和證實的話。

Hertog計劃通過尋找引力波來測試它，引力波可能是由永久膨脹產生的。

這些波太大，LIGO無法探測到，但是未來的引力波干涉儀，比如太空中的LISA，以及未來對宇宙微波背景的研究，可能會揭示它們。

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