霍金在生前最后一篇论文中与同事否认了宇宙永恒膨胀

作者: 赵熙熙

来源: 中国科学报

发布日期: 2018-05-07 21:11:58

霍金在生前最后一篇论文中与同事否认了宇宙永恒膨胀,认为宇宙总体上相对平整并且是有限的,并非所谓的分形结构。他们用弦理论统一相对论和量子力学,重新计算永恒膨胀的问题,发现可能存在的宇宙范围要小得多。

当斯蒂芬·霍金于3月14日去世时,这位英国著名的理论物理学家还有几项研究工作尚未发表。5月2日,《高能物理学学报》发表了他关于宇宙学的最后一篇论文——宇宙是如何产生和进化的科学。在这篇新论文中,霍金和比利时鲁汶天主教大学的理论物理学家Thomas Hertog尝试着在一种叫做“永恒膨胀”的奇异概念中插入一根针——一些物理学家根据这一理论,认为我们的宇宙不可避免的只是无限多的多元宇宙中的一个。

而借用弦理论中的一个概念,霍金和Hertog认为,没有永恒的膨胀,并且只有一个宇宙。

根据宇宙大爆炸理论,宇宙是在100多亿年前一次大爆炸后膨胀形成。一些科学家基于“永恒膨胀”的概念,提出了多重宇宙的理论。从整体上看,宇宙在大爆炸后的膨胀是永恒的,只是在一小部分区域停止或减速,形成无限多的分形结构,好像一个个口袋。也就是说人类能观察到的宇宙是一个口袋宇宙,这片宇宙区域中膨胀已结束,恒星和星系已形成,而不同口袋宇宙之间由还在继续膨胀的区域隔开。

据新华社报道,在这篇霍金生前最后的论文中,他和Hertog并不认同这种观点。他们认为,宇宙总体上相对平整并且是“有限的”,并非所谓的分形结构。Hertog说,有关永恒膨胀的一个问题是,它假设了一个根据爱因斯坦广义相对论不断进化的背景宇宙,并且把量子效应当成这其中的微小波动,但有关永恒膨胀的理论会消除经典物理学和量子物理学的差异,爱因斯坦的理论在这种状况下就会瓦解。

霍金和Hertog用弦理论统一相对论和量子力学,重新计算永恒膨胀的问题。研究发现,永恒膨胀在某个节点会达到一个“门槛”,人类熟知的时间概念过了这个门槛就会失去意义。Hertog说:“我们没有减少到一个唯一的宇宙,但我们的结果还是大大简化了多重宇宙,可能存在的宇宙范围要小得多。”霍金和Hertog的论述如能被证实,将对当前的多重宇宙理论架构产生很大影响。

Hertog计划通过寻找引力波来测试这一理论,这些引力波不能被第一次探测到引力波的激光干涉引力波天文台(LIGO)探测到,计划于2034年建成的激光干涉空间天线(LISA)理论上具备探测到这种引力波的能力。据悉,相关理论最早在去年7月剑桥大学一个会议上首次公开。论文显示的最后修改时间是2018年3月4日。10天后,霍金逝世。虽然争论还在继续,但霍金的成就无疑影响深远。

自从霍金于3月14日去世后,已有数千人来到剑桥在悼念霍金的签名册上签名。在互联网上的签名册亦有大量来自世界各地民众的留言。霍金的骨灰将被安放于伦敦威斯敏斯特教堂,与著名科学家牛顿、达尔文等毗邻。

霍金1942年1月8日生于英国牛津,生前任剑桥大学教授,曾担任过该大学卢卡斯数学教授。1963年,霍金在21岁时患上肌肉萎缩性侧索硬化症,全身瘫痪,不能言语,手部只有3根手指可以活动。他的主要研究领域是宇宙和黑洞,提出过与黑洞相关的“霍金辐射”理论。他还撰写过全球畅销科普书《时间简史》,该书自1988年首版以来,已被翻译成数十种文字,销售量超过千万。

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