霍金提出的“新理论” 解答宇宙为什么会膨胀

摩发国际 · 发表于 2016-11-22 07:32:38

宇宙大爆炸理论示意图

据英国《每日电讯报》报道，为何宇宙大爆炸如此巨大？为何幼儿期宇宙膨胀得如此迅速？对于这样的问题，剑桥大学著名天体物理学教授斯蒂芬·霍金提出了一个新观点――将早期宇宙看成是有多个选择的量子体，逐渐混合成了我们现今所看到的浩瀚宇宙。霍金及其同事认为此观点能更加完美地解释大爆炸为何能让宇宙迅速膨胀起来。
天文学家推断早期宇宙以难以置信的速度膨胀，从而形成了现今的浩瀚宇宙。为此他们甚至已经提出了一个具有类似宇宙特征的邻近区域迅速膨胀的方法，来解释宇宙的这种快速膨胀。然而，一个更加深层的问题出现了：为何膨胀只出现在宇宙诞生的第一现场？霍金和巴黎宇宙粒子和宇宙哲学实验室的托马斯·赫特格共同得出了这一答案，英国《新科学家》杂志并加以报道。
霍金最出名的尝试是将非常小的量子理论、引力理论和涵盖非常广的广义相对论结合成一种新理论，称作“量子引力理论”。
我们知道量子力学充满各种奇怪的想法，让我们对宇宙膨胀理论产生了新的认识――科学家现在认为宇宙本身只有原子大小时就出现了膨胀现象。根据量子理论知识，当一个光粒子从A点运行到B点时，它不只沿一个途径运行，而是同时探索每一条途径，且越直接的路径越频繁使用。这被称作过去事件发生的总数，霍金教授和赫特格为宇宙学提出了相同的理论。
在此理论中，早期宇宙被描述成一种名为波函数的数学对象，有点类似光粒子。这是这个科研小组两年前提出的，这意味着宇宙没有独特起源，相反波函数宇宙包含多种发展方式。这是一种非常不直观认识：他们争辩说，宇宙以可以想象得到甚至想象不到的任何一种方式开始。由于宇宙诞生的方式非常丰富，因此大部分婴儿宇宙夭折，只留下现在我们能看到的这一成熟宇宙。
但是这种理论跟其他任何新观点都一样都有问题。这两位教授发现他们无法解释宇宙迅速膨胀、宇宙演变遗留下来的所谓的宇宙微波背景、宇宙大爆炸回声效应、以及探测气球和太空探测器能测量的创造遗物等迹象。现在，在加利福尼亚大学的詹姆士·哈特勒教授和桑塔·芭芭拉发表在《物理评论快报》杂志上的一篇论文中，他们认识到他们对宇宙膨胀的早期评估是错误的，因为他们没有完全考虑到理论预测和我们的回声观测结果之间的联系。
赫特格说，首先，他们发现最可能的宇宙历史只是宇宙诞生时所经历的一点点膨胀，这与科学家的观测结果相矛盾。现在赫特格他们根据有限的宇宙观测结果对宇宙膨胀进行了修改，发现波函数确实能预测更长时期的宇宙膨胀。霍金教授告诉《新科学家》杂志说：“这个建议能解释为什么宇宙发生膨胀。”
通过考虑我们对宇宙的有限观测，他们已经总结出一个新宇宙学理论。大多数宇宙模型是从前至后的，也就是说，你从完美定义的大爆炸初始状态开始，一直向后扮演到现今的宇宙。然而霍金和赫特格表示，我们无法也不可能知道宇宙诞生的初始状态。相反，我们只知道宇宙的最终状态，也就是我们现在的宇宙。
因此，他们的观点从我们现在观测到的宇宙状态开始，向后推测并确定宇宙可能存在的初始状态。通过这种方式，他们认为宇宙不只有一个独特的开端和历史，而是有多个不同的开端和历史，它经历过种种情况。
此新理论非常具有吸引力，因为它与最普遍的弦理论相符，而弦理论是“万物理论”，任何东西都适应。赫特格表示，除了我们现今有的宇宙之外，弦理论还让宇宙存在难以想象的多个不同类型，但是该理论不包含对它们进行选择的标准，因此无法解释为什么我们的宇宙就是这一模样，为何会出现这种膨胀。他说：“为此得需要一个波函数宇宙理论。”现在宇宙哲学界已经有一个这样的理论。下一步是发现能进行检测的特殊预测结果，以证实这种宇宙如何演化的新观点。

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