頭條楓林網
長按識別二維碼，收看2018《麻省理工科技評論》區塊鏈商業峰會
2018 年 3 月 14 日，物理學家和宇宙學家史蒂芬·霍金去世，享年 76 歲，一代傳奇就此謝幕。 但他依然留給了全人類無數偉大的科學成果。
就在近期，霍金生前的最後一篇論文得以曝光，這篇論文 嘗試尋找平行宇宙的證據，並預測了世界末日。
在他去世前兩週，霍金提交了一篇名為 《從永恆的膨脹中逐漸消逝》 的研究論文 （A Smooth Exit from Eternal Inflation，最近一次的修訂日期為 3 月 4 號） 。 在這篇論文中，霍金同比利時魯文大學的理論物理學家一起探討了 如何利用宇宙飛船上的探測器找到這些多元宇宙，並預測了我們的宇宙將如何消失在黑暗中。
這項研究提出了進行“星際迷航式”太空探索的數學方法，來探尋證明“平行宇宙”的證據。
魯文大學（KU Leuven）的理論物理學家、該論文的共同作者 Thomas Hertog 教授表示， 霍金——這位具有標誌性地位的物理學家——在臨終前完成了這項突破性研究。
圖丨Thomas Hertog 和霍金
據《星期日泰晤士報》(The Sunday Times) 報導，這篇文章修訂完後將發表在某個頂尖期刊上： 如果霍金在世的時候就發現了該證據，他可能會獲得他期盼已久的諾貝爾獎。
多元宇宙
從很早的時候，霍金就是多元宇宙的支持者。 在 1983 年的時候，霍金與 James Hartle 共同提出了 “ 無邊界理論 ” ，描述了宇宙是如何在大爆炸中出現的，同時預言了一個由諸多“大爆炸”產生的多元宇宙。 在這一理論中，宇宙是瞬間從一個小點擴張成我們今天所見到的宏大宇宙的原型。 但理論也預測，還發生過無限多次的大爆炸，每次都會創造一個不同的宇宙。
“多元宇宙”即一個巨大的宇宙集合，同時存在多個不同的宇宙，不過目前他們之間的分佈方式還不為人知。 數學悖論使這一想法無法通過實驗來驗證。 而從那時開始，關於多元宇宙的問題就一直縈繞在了霍金的心頭。
理論認為多元宇宙的出現是由於膨脹引起的。 在宇宙出現後的幾秒鐘內，時空以巨大的速度膨脹，這一過程中，微小的量子漲落擴展成瞭如今我們所觀察到的宇宙大尺度特徵，而這一特徵也反過來成為驗證 這一理論正確性的證據。
霍金和 Hertog 提出的理論被稱為“ 宇宙永恆膨脹理論 ”，該理論認為這種膨脹行為在大多數地方都會永遠持續下去，而在一小部分地方會停止並形成諸多的宇宙，從整體上來看，平行宇宙的形成過程是永無止境的。另外， 在這些宇宙中，物理定律看上去也會不一樣， 這也意味著我們認為理所當然的常數，比如真空中的光速，在另外的宇宙就將是不一樣的數值。 來自布法羅大學文理學院的物理學教授 Will Kinney 形像地解釋到，永恆的膨脹會創造無限多的小宇宙，這些小氣泡似的“宇宙”將佈滿於膨脹的空間中。
圖 | 霍金教授做在一盞名為“黑洞光”的檯燈旁，該燈的發明者 Mark Champkins 在參觀倫敦科學博物館時送給了霍金。 （圖片來源：APSource:AP）
但是無限多的宇宙也給物理學家帶來了許多困惑。 最基本的一些問題就是： 為什麼我們的宇宙看起來是這樣的？ 為什麼光速是 3×10^8m/s 呢？
而確定宇宙的真正形態，將有助於科學家找到這些問題答案。 但確定整個多元宇宙的形態幾乎是不可能的事情。
為此，霍金與 Hertog 進行了大量複雜的數學計算後，為我們指明了一條新思路， 即我們可以先給那些可能存在的宇宙類型定義一些邊界，然後進行外推。 霍金的最後一篇論文就論述了 為何多元宇宙在我們的宇宙的背景輻射中留下印記，人類又該如何找到這些痕跡，證明“多元宇宙”的說法成立。
一個通俗的解釋是：多元宇宙就像空中漂浮的一大群泡泡，每個泡泡都是一個世界，擁有自成一格的時間與空間，甚至每個泡泡中的物理學規律，在其他 泡泡裡也不適用。 但是有時，這些宇宙泡泡也會相互碰撞。 其他的宇宙泡泡的誕生，或者消逝，都可能在我們的這個宇宙泡裡留下過痕跡。
“或許，這些宇宙看起來還會和我們的宇宙有許多相似之處。”南加州大學的物理學助理教授 Katie Mack 補充到，“如果宇宙的類型相對較少， 而他們之間的聯繫也比所想的要多，那麼我們就可以找到更多古今宇宙間的直接聯繫。 ”
逐漸明晰
如果可能存在的宇宙類型是有限的，那麼科學家們就可以著手去解決諸如“我們的宇宙是如何形成的？”以及“為什麼它看上去是今天的樣子？”等問題。 但霍金的論文並沒有確切地告訴我們什麼樣的宇宙是可能存在的，也沒有確切地證明多元宇宙或宇宙膨脹理論。
正如 Kinney 所指出的， 霍金與 Hertog 甚至沒有提出任何方法，告訴我們如何能找到多元宇宙的證據，這意味著他們的理論暫時仍然是不可驗證的。
兩人依據全息原理來進行了這項工作。 全息原理指出體積中的所有信息都包含在體積的邊界內。 該原理將三維空間壓縮成了二維空間，最終使得計算變得更容易。 不過實際上，許多其他研究人員也會在工作中使用全息原理，正如來自南加州大學物理和天文學系教授 Clifford Johnson強調的，霍金和 Hertog 的論文雖然有趣，但也只能看作是該研究領域的另一個切入點。 不過 Johnson 也表示，同領域內的其他的傑出研究一樣，霍金和 Hertog 的這項研究將有利於逐步地推動這一領域思想框架的構建與發展。
霍金本人似乎一直在研究這一理論。 就在他去世前幾個星期，他還提交了這份研究的更新版本，其中包含了大量的修改。 而目前他的合著者 Hertog 肯定也會繼續完善這項研究。
圖丨宇宙演化過程
我們可以將霍金的最後遺作看做是如何從最大的尺度觀察宇宙的有趣假說。 儘管現在，它或許還不能重塑我們對宇宙的看法，但它無疑又為我們的人類智庫中添加了不少智力火力。 而這或許正是霍金想要做的。
但霍金最後的理論也帶有悲劇色彩， 論文預測說當所有恆星都失去能量後，我們的宇宙將在黑暗中消失。
目前，這篇研究中提出的想法已在宇宙學家中引起了諸多爭議。 霍金的朋友，來自加拿大圓周理論物理研究所（Perimeter Institute）的 Neil Turok 教授就並不贊同這些想法，並表示，“我仍舊很困惑，為什麼霍金會覺得這個設想有趣?”
而其他的一些科學家則認為霍金的這一研究或許可以給宇宙學研究帶來所需的新突破，尤其是該理論第一次具有可以在實驗中驗證的可行性。
有趣的是，這篇論文的曝光也讓一部分網友對於霍金逝世大開腦洞： 有沒有一種可能是，霍金完成了論文並發現了通往平行宇宙的方法，然後就離開了地球 。
正如 Hertog 教授所言，“ 這就是霍金，他可以去到一個連‘星際迷航’中探險者都害怕駐足的世界。 ”
延伸閱讀：為何霍金無緣諾貝爾獎
霍金是一位出色的理論物理學家，一位深邃的思想家，擁有著最聰明的頭腦並贏得了同行的諸多讚譽。 但正如霍金的科研夥伴所說，諾貝爾委員會看中的是證據，而非大膽的想法，而霍金對黑洞和宇宙學的思考還沒有出現諾獎所認可的“鐵證”，因而一直無緣諾獎 。 來自加州理工學院的物理學家 Sean Carroll 表示，“諾貝爾獎並非授予給最聰明的人，或者是科學上做出最大貢獻的人，其授予的是‘發現’本身。”
“但目前，霍金最傑出的理論還沒有在實驗上得到驗證，而這也是為什麼他沒有獲獎的原因。”來自哈佛的天文學家Avi Loeb 補充到，“霍金去世於愛因斯坦139 週年誕辰，人們 也經常會將他與愛因斯坦做比較。但愛因斯坦獲得的諾貝爾獎並不是因為他著名的相對論，而是因為他準確的描述了光電效應，並被Robert Millikan 的實驗所證實。”
-End-
編輯：游弋 校審：黃珊
參考：
http://blogs.discovermagazine.com/d-brief/2018/03/20/stephen-hawking-final-paper/#.WrHUNryWaUk
https://arxiv.org/pdf/1707.07702.pdf
