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霍金关于大爆炸的最终理论对多元宇宙规模提出了制约

2022-01-10 10:36:40 cnBeta.COM
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资料图

赫托格教授的工作得到了欧洲研究理事会的支持,他在2017年7月霍金教授75岁生日之际在剑桥大学举办的一次会议上首次宣布了这一新理论。

现代大爆炸理论预测,我们本地的宇宙是随着一阵短暂的膨胀而出现的--换句话说,在大爆炸本身之后的一小部分时间里,宇宙以指数的速度膨胀。然而人们普遍认为,一旦膨胀开始,有些地区的通胀就不会停止。人们认为,在宇宙的某些区域,量子效应可以使膨胀永远持续下去,因此从整体上看,膨胀是永恒的。这样,我们宇宙的可观测部分就只是一位好客的袖珍宇宙,一个膨胀已经结束、恒星和星系形成的区域。

“通常的永恒膨胀理论预测,在全球范围内,我们的宇宙就像一个无限的分形,它有着不同的袖珍宇宙的马赛克,被一个膨胀的海洋分开,”霍金在2017年的一次采访中说道,“当地的物理和化学定律可以从一个袖珍宇宙到另一个袖珍宇宙而有所不同,这将共同形成一个多元宇宙。但我从来都是多元宇宙的粉丝。如果多元宇宙中不同宇宙的规模很大或无限大,那么理论就无法得到检验。”

霍金和赫托格在他们的论文中指出,这种将永恒膨胀作为大爆炸理论的说法是错误的。赫托格表示:“关于永恒膨胀的通常说法的问题是,它假设了一个现有的背景宇宙,该宇宙根据爱因斯坦的广义相对论演化并将量子效应视为围绕此的小波动。然而,永恒膨胀的动力学抹去了经典和量子物理学之间的分离。因此,爱因斯坦的理论在永恒膨胀中崩溃。”

“我们预测,我们的宇宙在最大的尺度上是合理平滑和全球有限的。所以它不是一个分形结构,”霍金说道。

霍金和赫托格提出的永恒膨胀理论是基于弦理论得出。他们所使用的方法采用了弦理论中的全息概念,该概念假设宇宙是一个巨大而复杂的全息图:某些三维空间的物理现实可以在数学上简化为表面上的二维投影。

霍金和赫托格发展了这个全息论概念的一个变种,即在永恒膨胀中投射出时间维度。这使他们得以描述永恒膨胀而不必依赖爱因斯坦的理论。在新理论中,永恒膨胀被简化为一个在时间开始时定义在空间表面的永恒状态。

赫托格表示:“当我们向后追踪我们的宇宙的演变时,在某一点上我们到达了永恒膨胀的门槛,在那里我们熟悉的时间概念不再有任何意义。”

霍金早期的“无边界理论”预测,如果你回到宇宙的起点,宇宙会像球体一样缩小和关闭,但这个新理论代表了离早期工作的一步。“现在我们说,在我们的过去有一个边界,”赫托格说道。

赫托格和霍金利用他们的新理论得出了关于宇宙全球结构的更可靠的预测。他们预测,在过去的边界上,从永恒膨胀中出现的宇宙是有限的,这远比永恒膨胀的旧理论所预测的无限分形结构简单。

他们的结果如果被进一步的工作证实,则将对多元宇宙范式产生深远的影响。霍金指出:“我们并没有沦落到一个单一的、独特的宇宙,但我们的发现意味着多元宇宙的大幅缩减,进而变成了一个小得多的可能宇宙的范围。”这使得该理论更具预测性和可测试性。

赫托格现在计划在我们的太空望远镜可以触及的较小尺度上研究新理论的影响。他认为,原始的引力波--时空的涟漪--在永恒膨胀的出口处产生,从而构成了测试该模型的最有希望的“烟雾弹”。我们的宇宙自始至终都在膨胀,这意味着这种引力波会有很长的波长,在目前LIGO探测器的范围之外。但它们可能会被计划中的欧洲天基引力波观测站LISA听到或在未来测量宇宙微波背景的实验中看到。

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关键词: 科学探索 霍金关于大爆炸的最终理论对多元宇宙规模提出了

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