霍金生前最後提出關於宇宙的理論,會使你的大腦融化

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開創性物理學家史蒂芬霍金在他去世之前給我們留下了他最後的光輝:他的最後一篇論文詳細介紹了關於宇宙起源的最後一個理論,與魯汶大學的Thomas Hertog合著。

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發表在Journal of High Energy Physics上的這篇論文提出,宇宙比目前的多重宇宙論所暗示的要簡單得多。

它基於一種名為永恆暴脹論(eternal inflation)的概念,最初於1979年推出並於1981年出版。

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大爆炸後,宇宙經歷了巨大的膨脹時期。 然後它放慢了速度,能量轉化為物質和輻射。

不過,根據永恆暴脹論,一些太空泡沫停止了膨脹或減速往停止的方向,形成了靜態太空的分段式死角。

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同時,在其他太空泡沫中,由於量子效應,膨脹從未停止,導致有無限數量的多重宇宙。

根據這理論,我們在可觀測宇宙中所看到的一切都只存在於其中一個泡沫中,它的膨脹已經停止,允許形成恆星和星系。

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霍金和Hertog現在都說永恆暴脹論是錯的。 這是因為愛因斯坦的廣義相對論在量子尺度上行不通。

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新理論基於弦理論,弦理論試圖用微小振動的一維弦,來代替粒子物理中的點狀粒子,來試圖結合廣義相對論和量子理論。

在弦理論中,全息原理(holographic principle)提出在低維界線上能存在一部分的太空; 所以宇宙就像一個全息圖,三維太空中的物理現實可以用數學的方式縮減到二維投影的表面。

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研究人員開發了許多不同版本的全息原理,它將永恆暴脹論的時間維度投射出來,這使他們能夠解釋這概念而不必依賴廣義相對論。

這允許它們在數學上,在宇宙的一開始,將永恆暴脹論在一個平面空間上被縮減到一個沒有時間的狀態。

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Hertog說:「當我們追溯宇宙演化的時間時,在某個時刻,我們到達永恆暴脹的門檻,我們熟悉的時間概念不再有任何意義。」

1983年,霍金和另一位研究員物理學家James Hartle提出了所謂的「宇宙無邊界論」(no-boundary theory)。 他們提出,在大爆炸之前,有太空,但沒有時間。 所以當宇宙開始時,它從一個點擴大,但沒有邊界。

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根新的理論,早期宇宙確實存在一個邊界,這使霍金和Hertog能得出有關宇宙結構更可靠的預測。

霍金說「我們預測我們的宇宙在最大尺度上是相當平順和有限的,所以它不是分段結構。」

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這結果,並不反駁多重宇宙論,但將它們縮減到一個更小的範圍, 這表示多重宇宙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計劃透過尋找可能由永恆暴脹論產生的引力波來對它進行測試。

這些波太大而不能被LIGO探測到,但未來的引力波干涉儀,如LISA,以及未來宇宙微波背景的研究可能可以發現找到。

這團隊的研究已發表在Journal of High Energy Physics上,可在arXiv上完整閱讀。

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來源: SCIENCEALERT