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你还不知道吧？霍金最终的宇宙大爆炸理论

张子豪 2025-10-12 03:19 1

史蒂芬·霍金被认为是我们这个时代最有影响力的科学家之一。在这个星球上，这位闻名的物理学家、科学传布者、作家和名人当作了家喻户晓的名字，与爱因斯坦、牛顿和伽利略等人一样。更让人印象深刻的是，尽管他患有慢性退行性疾病，但他仍然对峙科学、教育和人道本家儿义而不竭尽力。

为了纪念斯蒂芬·霍金，缔造迄今为止宇宙中最详尽的三维测绘当作果。图片：BBC, Illus.: T.Reyes

固然霍金归天了，但他的影响仍然存在并且很是主要！在霍金归天前不久，霍金提交了一篇论文，提出他关于宇宙发源的最终理论，5月2日颁发了这篇论文，提出了一种新的年夜爆炸理论，它将彻底改变我们对宇宙的观点：宇宙是若何被缔造出来的，以及宇宙是若何演化的。

这篇题为“从永恒的宇宙膨胀中平稳退出”的论文，颁发在《高能物理》期刊上。该理论于客岁7月在剑桥年夜学(University of Cambridge)的一次会议上初次颁布发表。在该会议上，Thomas Hertog传授(一名来自KU Leuven年夜学的比利时物理学家)在他75岁生日的时辰分享了霍金的论文(Hertog合著)。

斯蒂芬·霍金在归天前不久提出关于宇宙年夜爆炸的最终理论。图片：University of Cambridge

按照今朝的科学共识，宇宙中所有当前和曩昔的物质都同时存在——年夜约在138亿年前。这时所有的物质都被压缩当作一个很是小的奇点，密度和热量都是无限。俄然奇点起头以指数速度膨胀，而我们所知道的宇宙就起头了。然而，人们遍及认为，自从宇宙膨胀起头，量子效应将使它在宇宙的某些区域永远持续下去。

这意味着，在规模内，宇宙的膨胀是永恒的。在这方面，宇宙中可不雅测到的部门(以任何偏向测量138亿光年)只是一个区域，在这个区域内，膨胀竣事，恒星和星系形当作。正如霍金客岁秋天在剑桥年夜学的一次采访中所诠释的：

“永恒膨胀理论”展望，在规模内，我们的宇宙就像一个无限的分形，由分歧的口袋宇宙构成，由一个膨胀的“海洋”离隔。物理和化学纪律可以从一个口袋宇宙到另一个口袋宇宙，它们配合组成一个多元宇宙。但我从来都不喜好多元宇宙。若是多元宇宙中分歧宇宙标准是庞大的或无限，那么这个理论就不克不及被查验。

在他们的新论文中，霍金和Hertog提出了一种新理论，该理论展望宇宙并不是一个无限的，不法则的多元宇宙，而是有限且半斤八两光滑的。简而言之，他们认为：作为年夜爆炸理论的一部门，永恒宇宙膨胀是错误的。Hertog诠释说：关于永恒膨胀凡是诠释的问题是：它假心猿意马了一个现有的布景宇宙，并按照爱因斯坦的广义相对论成长，并把量子效应看作是环绕着它的小波动。

然而永恒宇宙膨胀的动态消弭了古典和量子物理之间的分手。是以，爱因斯坦的理论在永恒宇宙膨胀中掉效了。与此形当作对比的是，霍金和Hertog提出了一种基于弦理论的诠释，弦理论是理论物理学的一个分支，试图将广义相对论与量子物理学同一起来。

这一理论被用来诠释引力若何与宇宙其他三种根基力彼此感化(弱和强的核力和电磁)，从而发生万物理论。简单地说，这个理论把宇宙的根基当作分描述为细小的一维振动弦。霍金和Hertog方式利用了弦理论的全息概念，它假心猿意马宇宙是一个年夜而复杂的全息图。在这个理论中，某些三维空间中的物理实际可以从数学上简化为平面上的二维投影。

这幅图展示了宇宙的演变，从左边的年夜爆炸到现代的右边。图片：NASA

霍金和Hertog配合开辟了这一概念的变体，以揭示永恒膨胀中的时候维度。这使得他们可以或许描述永恒的宇宙膨胀，而不必依靠广义相对论，从而将宇宙膨胀降低到在时候起头时空间概况上界说的永恒状况。在这方面，新理论代表了霍金之前关于“无鸿沟理论”研究的改变。

这一理论也被称为“Hartle”和“霍金”，并没有提出任何有价值的建议。这一理论把宇宙看作是一个量子粒子，它付与它一个描述所有可能宇宙的波函数。这个理论还预言，若是你回到宇宙的起点，它会像一个球体一样缩短和闭合。最后，它展望宇宙最终会遏制膨胀并自行坍塌。正如Hertog诠释的那样，这个新理论与之前的工作各走各路：

当我们回溯宇宙的演化时，在某个时刻达到了永恒宇宙膨胀的门槛，我们熟悉的时候概念不再有任何意义，此刻我们说我们的曩昔有一个边界。操纵这一理论，霍金和Hertog可以或许对宇宙的全布局做出更靠得住的展望。此外，在曩昔的鸿沟上展望出宇宙永恒膨胀也是有限的，并且要简单得多。最后，但并非最不主要的是，这个理论比古老永恒宇宙膨胀理论所预言的无限多元宇宙更具有展望性和深奥无极试性。