霍金生前最後一篇論文發表：平行宇宙沒那麼多

3 月 14 日，著名物理學家霍金逝世，就在今天，霍金在去世前 10 天最後修改過的一篇論文被發表在了《高能物理雜誌》（Journal of High Energy Physics）上。

霍金生前著作文章無數，他最後修改的這一篇一經發表便引發大量關注，人們想看看霍金最後留了什麼話，畢竟，從此以後世界再無霍金，這也是人們緬懷霍金的一種方式吧。

這篇文章無疑還是關於宇宙起源的理論，霍金最熟知的領域。核心思想就是平行宇宙沒那麼多。

這個理論曾在霍金 75 歲誕辰時首次亮相於劍橋大學。論文還有一個合著者是比利時魯汶大學理論物理學教授赫托格（Thomas Hertog）。

他們以弦理論為基礎進行了大量複雜的數學計算，得出所謂的多元宇宙是有限的結論，而所謂的多元宇宙就是大家熟悉的平行宇宙。

弦理論是一門理論物理學 上的學說。理論里的物理模型認為組成所有物質的最基本單位是一小段「能量弦線」，大至星際銀河，小至電子，質子，夸克一類的基本粒子都是由這佔有二維時空的「能量線」所組成。

宇宙暴脹理論認為，宇宙暴脹或暴脹理論是指在早期宇宙一段快速膨脹的過程，從大爆炸之後的 10?36 秒開始持續到 10?33 到 10?32 之間。在負壓力的真空能量驅使下，宇宙在這段期間空間膨脹了至少 10 的 78 次方倍。

宇宙整體上都在暴脹，但在這個過程種會有一小部分停止暴脹，停止的這部分則會形成無數個汽包般的宇宙。人類的可見宇宙就是不斷膨脹的時空中的其中一個「泡泡」。

霍金曾在去年秋天接受採訪時說道：「常規的永恆膨脹理論預測宇宙是一個無限的分形，在膨脹的海洋中，鑲嵌著不同的口袋宇宙」。

但是這些「泡泡」各不相同，其中的物理特性也不相同。比如光速在人類所處的這個「泡泡」里是 300,000 km/s，但它無法適用 到其它「泡泡」中去。所以這些個平行宇宙多種多樣。

但是霍金卻不喜歡多元宇宙這個概念，他認為，如果存在各不相同的多元宇宙，那麼光速無法在其它平行宇宙中以這種速度傳播該怎麼驗證呢？

所以，在最後這篇論文里，霍金和赫托格提出的觀點是並沒有那麼多的平行宇宙。

他們預測宇宙在整體上是平滑而有限的。這不是個無限的分形結構。而這篇論文的標題就是「給永恆膨脹找到一個平滑的出口」。

但是如何尋找這個平滑的出口呢？霍金和赫托格利用弦理論統一相對論和量子力學，從而重新計算永恆膨脹問題。

其實，最早提到引起宇宙膨脹所必需的斥力的人是建立廣義相對論的愛因斯坦（1879～1955）。根據廣義相對論，可以把空間看作具有像橡膠那樣的伸縮性質。

愛因斯坦把廣義相對論應用到全部宇宙，他立即就得到一個令人吃驚的結果。理論預言，宇宙在遍布各處的星系的引力的作用下，應該收縮。

但是，愛因斯坦堅持的是「宇宙是靜態的，不應該收縮」的信念，於是他在 1917 年提出，「空間自身具有一種斥力效應，能夠抵消物質萬有引力的那種吸引效應。」

他把空間具有的這種斥力叫做「宇宙斥力」，或者叫做「宇宙常數(宇宙項)」。所以有後者名稱，是因為在廣義相對論的方程中，宇宙斥力被表示為一個常數。

但是，哈勃的觀測揭示出宇宙其實是動態的，愛因斯坦發現自己錯了，於是收回了自己先前的看法。據傳，愛因斯坦曾說他的宇宙斥力概念是他「一生中最大的失敗」。

所以霍金和赫托格對此進行了重新計算。弦理論 弦理論科學家假定，宇宙中所有粒子都被局限在一個四維的膜宇宙（brane）中，而膜宇宙又漂浮在一個更高維度的體宇宙（bulk)里。

所以弦理論認為自然界的基本單元是微小的「弦」，弦在振動和運動過程中產生基本粒子。

所以他們把整個宇宙看作是無數條「弦」組成的巨大而複雜的全息圖，三維空間中的物理現實在數學上可以簡化投影到二維平面上。

霍金和赫托格發展出了「全息」概念的一個分支，將永恆膨脹理論中的時間維度投射出來，從而擺脫對愛因斯坦理論的依賴。在這個模型中，永恆膨脹被簡化為時空起點上的一張空間曲面。

而這個空間曲面有節點，它就是永恆膨脹的門檻，過了這個門檻，時間概念就會失去意義。這個節點也就是宇宙的邊界。

霍金和赫托格用這種新方法計算出了永恆膨脹理論的一個平滑出口，證明宇宙是有限的，比此前的永恆膨脹理論建構的無限分形結構簡潔得多。

赫托格說道：「雖然這個模型沒有證實宇宙是唯一的，但是它大大簡化了多元宇宙數量，所以可能存在的宇宙的範圍要小得多」。

這篇論文的最後修改時間是 2018 年 3 月 4 日，10 天后，霍金逝世。而就在 5 月 3 日，它與世人見面，像是霍金留給人類的最後的禮物。

雖然霍金逝世了，但是論文合著者赫托格仍會在論文基礎上繼續探索。他要證實出宇宙的範圍其實是可以用太空望遠鏡觀測到的。

因為這個理論與傳統理論相差甚遠，所以質疑也是難免的。加拿大圓周理論物理研究所的 Neil Turok 教授就表示：「我仍舊很困惑，為什麼霍金會覺得這個設想有趣？」

布法羅大學文理學院教授 Will Kinney 也提醒道，霍金和赫托格的論文中沒有解釋清楚他們研究的方法，也沒有讓人信服的證據證明他們的結論。

但是無管怎樣，兩人所用的弦理論「全息投影」為物理研究提供了一種新的思路。按照這個思路研究下去，終有一天物理學家們能找到這些「泡泡」之間的聯繫。

霍金留下的最後一篇論文，純理論，純計算，純假說；沒有觀測結果，沒有驗證對象，沒有指明通向平行宇宙的道路。在終極問題之上，它埋下了一顆不知是否能發芽生根的種子。