宇宙沒有「起源」？霍金認為，宇宙沒有起點和終點

「現代宇宙學」是一門天文學和物理學的交叉學科,它從整體的角度研究宇宙的結構、運動和演化,其中「宇宙起源」是最為核心、最為迷人的一個問題。上世紀初期,比利時的天文學家勒梅特.喬治斯(Lemaitre Georges)提出了真正意義上的「膨脹宇宙模型」,此後,美國天文學家愛德文.哈勃(Edwin Hubble)和助手彌爾頓.赫馬森(Milton Humason)發現遠方星系的譜線均有紅移,而且距離越遠、紅移越大,進而他們得出了一個重要結論,也就是其他星系正遠離銀河系而去,證實了勒梅特.喬治斯的「膨脹宇宙模型」。

基於勒梅特.喬治斯和愛德文.哈勃的貢獻,美國物理學家喬治.伽莫夫(George Gamow)等人提出了「熱大爆炸宇宙模型」,且微波背景輻射的發現證實了喬治.伽莫夫等人的觀點,所以熱大爆炸宇宙模型成了標準宇宙模型。熱大爆炸宇宙模型、以及「大爆炸宇宙論」認為,人類所在的宇宙誕生於一個緻密熾熱的奇點,奇點在137億年前發生了一次大爆炸、且一直膨脹著。不過,熱大爆炸宇宙模型留下了一系列棘手的問題,比如「奇點究竟是什麼」、「它從何而來」、以及「哪兒來的潛在能量導致奇點發生了大爆炸」等等,為了解決這一系列的問題,著名物理學家斯蒂芬、霍金提出了一種名為「無邊界假設」的理論。

1981年,世界上一流的宇宙學家們匯聚在梵蒂岡的宗座科學院(The pontifical academy of sciences),聆聽39歲的物理學家斯蒂芬.霍金進行一次開創性的演講,他認為,人類所在的宇宙存有一些非常特殊的邊界條件,最為特殊的一個邊界條件就是「根本沒有邊界」,這意味著宇宙並沒有「起點」、也沒有「終點」。此後的1983年,斯蒂芬.霍金與合作夥伴詹姆斯.哈特爾(James Hartle)一同提出了「無邊界宇宙假設」,認為這一有限的宇宙並無邊界,它保持著「自洽」和「自足」的狀態,包容了萬事萬物,而宇宙之外不存在任何東西、關於宇宙之外的問題也毫無意義。

斯蒂芬.霍金把宇宙的形態比擬為一個倒立的羽毛球,羽毛球的球頭是直徑為0的最低點、羽毛球的球毛自下而上的漸漸變寬,依據無邊界宇宙假設,宇宙從一個尺度為「0」的點上膨脹開來。斯蒂芬.霍金為了描述宇宙的形態,推導出一個名為「宇宙波函數」(wave function of the universe)的方程,概括了宇宙的誕生和演化過程,且把「創世神」、「宇宙誕生之前」等等設想排除在外。斯蒂芬.霍金認為,追問宇宙大爆炸之前有什麼東西,這樣的做法是毫無意義的,因為宇宙大爆炸之前尚不存在可供參照的「時間」。

斯蒂芬.霍金和詹姆斯.哈特爾提出的「無邊界宇宙假設」理論,重新定義了「時間」這一重大概念,宇宙中流逝的一分一秒,都是這個「羽毛球」的一個橫截面,而「時間」描述了各個橫截面尺寸之間的關聯。加拿大的宇宙學家尼爾.圖洛克(Neil Turok)認為,無邊界宇宙假設是一個精妙的理論,它不僅僅啟迪了多位物理學家,還帶來了宇宙學領域中的一大猜想——即「宇宙波函數」——不久之後,「量子宇宙學」這一學科橫空出世、且漸漸興盛起來。

小考題:你認為宇宙是否存在著「起點」和「終點」呢?歡迎你留言討論。

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