霍金最後遺作:我不是多元宇宙的粉絲

by:時時
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霍金逝世象徵著一個世代的結束,讓不少人感到不捨。近日,有學術期刊登了一篇霍金生前共同執筆的論文,這篇論文也成為霍金的最後遺作。

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近日,有物理學家在科學期刊發表了他和霍金生前共同執筆的論文。他們在去年霍金 75歲生日時,就曾經提過這篇論文的內容。

Photo: NTNU – Norwegian University of

未能在生前發表的遺作

霍金逝世的一個多月後,《高能物理》刊登了霍金(Stephen Hawking)最後一篇論文。這篇論文是由霍金生前和比利時魯汶大學的物理學家賀托格(Thomas Hertog)共同執筆,賀托格在霍金去年 75歲生日上發表這篇內容,但一直到這個月 2號才正式對外發表。

故事要從大爆炸說起

科學家們認為,宇宙的起源是從大爆炸(Big Bang)之後開始,在大爆炸之後宇宙以令人難以想像的速度快速膨脹(inflation),接著宇宙膨脹的速度減弱之後,這些能量轉化成物質(matter)或輻射存在於宇宙當中。

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地球上的我們抬頭能看見滿天星星,其實和我們所處的宇宙已經穩定下來有關。圖為藝術家所描繪出來的大爆炸 6億9,000萬年後產生的超大黑洞景象。

路透社

從大爆炸變成永恆膨脹

根據「永恆膨脹」(eternal inflation)的理論,在這之後宇宙像是分裂成很多小氣泡的「多元宇宙」(multiverse),有些宇宙(小氣泡)因為量子效應的關係,會永無止境地不斷膨脹,進而形成無限多個宇宙。

但有些宇宙(小氣泡)膨脹的速度減弱、不再膨脹,像地球上的我們所處的宇宙就是這個例子。

滿天星斗和膨脹的宇宙只能二選一

在地球上的我們,之所以能抬頭看到滿天星星,就是因為我們的宇宙已經穩定下來、不再快速膨脹之後,才能夠形成恆星和星系。

但這也表示在地球上的我們,只能看到我們所處的宇宙,而無法觀察到其他正在膨脹的宇宙究竟是什麼樣子。

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霍金曾表示自己不是多元宇宙理論的粉絲,而最近刊載的論文當中,霍金也表達了自己對於這套理論的看法。

Photo: Rogelio A. Galaviz C.

「我一直都不是多元宇宙理論的粉絲」

去年秋天,霍金在接受採訪時曾說:「我一直都不是多元宇宙理論的粉絲」。

霍金認為,在多元宇宙的世界裡,每一個宇宙可能都有著自己一套物理或化學定律,要把所有宇宙合起來看,才能看出多元宇宙的全貌。

霍金表示,如果多元宇宙的世界裡有著無限多種不同的宇宙,多到我們難以統計的話,就沒有人能夠測試「多元宇宙」理論是不是正確的。

以前的想法是錯誤的

在《高能物理》期刊上發表的這篇論文裡,霍金和賀托格認為,在過去科學家們將永恆膨脹視為大爆炸後的延伸是錯誤的。

賀托格解釋道,以前我們認為永恆膨脹的概念,是從愛因斯坦廣義相對論的宇宙,再加上宇宙周遭因量子效應產生的波動後,就會發展成「永恆膨脹」的多元宇宙。

但是,霍金和賀托格認為「永恆膨脹」的狀態可以消除掉古典物理和量子物理之間的界線,這讓愛因斯坦的理論不再適用於「永恆膨脹」的世界。

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在自然界中,像是樹枝末梢或是雪花的冰晶結構,遠看是整體的樣子,但放大來看卻會發現末端形狀很像能無限地擴張出去,這種結構就稱為「碎形」。

Photo: .aditya.

霍金:「我們的宇宙是有限的」

霍金在論文中表示:「從更大的尺度來看,我們(霍金和賀托格)預設在我們所處的宇宙是平滑(smooth)且有限的,所以我們的宇宙並不是一個碎形(fractal)的結構。」

我們的宇宙也許很典型

麻省理工學院的物理學教授凱薩(David Kaiser)表示,科學家如果想要了解宇宙最基本的定律或規則,就需要找出測量宇宙的方法,但這對科學家來說卻是一大挑戰。

凱薩認為,從霍金和賀托格最新的論文來看,他認為宇宙的可能性應該比科學家過往預想的還要少,所以從我們所處的宇宙可能不是特例,而是比較典型的例子。

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圖為馬克仁 231星系(Markarian 231),它是目前已知距離地球最近的類星體。

路透社

可能的類型只有少部分

就如同霍金曾說:「我們所處的環境並不是單一、獨一無二的宇宙,但我們的研究大幅減少了多元宇宙的可能型態,只有少部分類型的宇宙才能存在於這個世界上。」

也許能聽見證據

賀托格表示,如果霍金和他的發現是正確的話,也許科學家就能夠從太空望遠鏡測得初始重力波(primordial gravitational waves,又譯「原始重力波」)後,從這些訊息裡面聽見干擾(disturbance)作為佐證。

哈佛-史密松天體物理中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)的勒布(Avi Loeb)認為,這是一篇「振奮人心,卻不是革命性的論文」。


延伸閱讀:《挑戰愛因斯坦 霍金:掉到黑洞逃得出來
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教宗:上帝創造宇宙大爆炸

參考資料:
01 Hawking's last physics paper argues for a 'simpler' cosmos
02 Taming the multiverse: Stephen Hawking's final theory about the big bang
03 Stephen Hawking's Final Theory About Our Universe Has Just Been Published, And It Will Melt Your Brain