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霍金最终的宇宙大爆炸理论 宇宙大爆炸理论

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大爆炸理论(霍金的最终大爆炸理论)
斯蒂芬·霍金被认为是当代最有影响力的科学家之一 。在这个星球上，这位著名的物理学家、科学传播者、作家、名人成为了家喻户晓的人物，就像爱因斯坦、牛顿、伽利略等人一样 。更令人印象深刻的是，他虽然患有慢性退行性疾病，但仍然坚持科学、教育和人道主义 。
为了纪念斯蒂芬·霍金 ， 创造迄今为止宇宙中最详细的3D测绘结果 。图片:BBC，Illus 。:T .雷耶斯
霍金虽然死了，但他的影响力依然存在，而且很重要！霍金去世前不久，霍金提交了一篇论文，提出了他关于宇宙起源的最终理论 。这篇论文发表于5月2日 ， 提出了一个新的宇宙大爆炸理论，它将彻底改变我们对宇宙的看法:宇宙是如何创造的，又是如何演化的 。
这篇题为《从宇宙永恒膨胀中顺利退出》的论文发表在《高能物理》杂志上 。这一理论是去年7月在剑桥大学的一次会议上首次公布的 。大会上，托马斯·赫托格(Thomas Hertog，比利时鲁汶大学物理学家)教授分享了霍金75岁生日时的论文(与赫托格合著) 。
斯蒂芬·霍金在去世前不久提出了关于大爆炸的最终理论 。图片:剑桥大学
按照目前的科学共识，宇宙中所有现在和过去的物质都是同时存在的——大约在138亿年前 。这时所有的物质都被压缩成一个非常小的奇点，其密度和热量都是无穷大 。突然奇点开始以指数速度膨胀，我们所知道的宇宙开始了 。但一般认为，宇宙膨胀以来，量子效应会使其在宇宙的某些区域永远存在 。
【霍金最终的宇宙大爆炸理论 宇宙大爆炸理论】这意味着在这个范围内，宇宙的膨胀是永恒的 。在这方面，宇宙的可观测部分(在任何方向测量的138亿光年)只是一个区域，在这个区域中膨胀结束，恒星和星系形成 。正如霍金去年秋天在剑桥大学接受采访时解释的那样:
“永恒膨胀理论”预言，在该范围内，我们的宇宙就像一个无限的分形，由被一个膨胀的“海洋”隔开的不同口袋宇宙组成 。物理和化学定律可以从一个口袋宇宙到另一个口袋宇宙 ， 它们共同构成了一个多元宇宙 。但我从来不喜欢多元宇宙 。如果多元宇宙中不同的宇宙尺度是巨大的或者无限的，那么这个理论就无法被检验 。
在他们的新论文中 ， 霍金和赫托格提出了一个新理论 ， 该理论预测宇宙不是一个无限的、不规则的多元宇宙 ， 而是一个有限的、相当平滑的宇宙 。简而言之 ， 他们认为作为大爆炸理论的一部分，宇宙的永恒膨胀是错误的 。赫托格解释说:关于永恒膨胀的通常问题是，它假设一个已存在的背景宇宙，按照爱因斯坦的广义相对论发展，并把量子效应视为它周围的一个小波 。
然而，永恒宇宙的动态膨胀消除了经典物理和量子物理之间的分离 。所以爱因斯坦的理论在永恒宇宙的膨胀上是失败的 。相比之下，霍金和赫托格提出了基于弦理论的解释 ， 弦理论是理论物理的一个分支，试图将广义相对论与量子物理统一起来 。
这个理论被用来解释引力如何与宇宙的其他三种基本力(弱核力和强核力以及电磁力)相互作用 ， 从而产生了万有理论 。简单来说，这个理论将宇宙的基本组成部分描述为微小的一维振动弦 。而霍金和赫托格的方法使用了弦理论的全息概念，假设宇宙是一个庞大而复杂的全息图 。在这个理论中，某些三维空空间中的物理实在在数学上可以简化为平面上的二维投影 。
这张图展示了宇宙的演化，从左边的大爆炸到现代的右边 。图片:美国宇航局
霍金和赫托格共同开发了这一概念的变体，以揭示永恒膨胀中的时间维度 。这使得他们能够描述宇宙的永恒膨胀而不必依赖广义相对论，从而将宇宙的膨胀还原到时间之初空之间表面定义的永恒状态 。在这方面，新理论代表了霍金之前对“无边界理论”研究的改变 。
这一理论 ， 也被称为“哈特尔”和“霍金” ， 并没有提供任何有价值的建议 。这个理论把宇宙看成一个量子粒子 ， 赋予它一个波函数来描述所有可能的宇宙 。这个理论还预言，如果你回到宇宙的开端，它会像球体一样收缩和闭合 。最后，它预测宇宙最终会停止膨胀并自行坍缩 。正如Hertog解释的那样 ， 这个新理论与以前的工作背道而驰:
当我们回溯宇宙的演化，我们在某个时刻到达了永恒宇宙膨胀的门槛 。熟悉的时间概念不再有任何意义 。现在我们说我们的过去是有限度的 。利用这一理论，霍金和赫托格可以对宇宙的整体结构做出更可靠的预测 。另外，预言宇宙在过去边界上的永恒膨胀是有限的，也简单得多 。最后也是最重要的一点 ， 这个理论比古代宇宙永恒膨胀理论预言的无限多元宇宙更具有可预测性和可检验性 。

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