斯蒂芬霍金的最后一篇论文以及他的合着者托马斯赫托格说，或许，也许多元宇宙毕竟不是那么复杂。
在3月14日去世前几天，着名的理论物理学家和宇宙学家斯蒂芬霍金完成了他最后的研究论文。最初通过arXiv预印本服务提供，它通过了同行评审，并于4月27日在线发表在高能物理期刊上。
与合着者，比利时鲁汶大学的理论物理学家Thomas Hertog一起撰写，该论文为理解我们所生活的宇宙增添了另一面。不用说，它很复杂。标题为“顺利退出永恒通胀？”该出版物讨论了宇宙学家面临的一个神秘问题。
但在我们深入研究这项研究的关键之前，让我们回到我们的宇宙还是婴儿时 - 大约138亿年前。
大爆炸和通货膨胀
大量证据表明，我们的宇宙起源于一个奇点，一个无限密集的点，我们所知道的所有宇宙都诞生了。我们把这个事件称为大爆炸。但奇点是如何形成的以及大爆炸发生的原因现在并不令人担忧。我们对宇宙产生后立即发生的事情感兴趣，这段时期被称为“通货膨胀”。
宇宙学家预测通货膨胀发生在大爆炸之后的一个非常小的时期 - 或者在宇宙的前10-32秒内！在充气期间，宇宙呈指数级增长，并且比光速快得多。仅仅一秒之后，来自这种不可思议的巨大爆炸的能量凝聚成了亚原子粒子，数百万年来，它创造了恒星，星系，行星和（在38亿年后）生命。一旦这个通胀期结束，宇宙的扩张速度就会放缓，但它会继续扩大到今天。
由于通货膨胀推动了一种快于光速的扩张，我们今天看到的“可观察的宇宙”并不是整个宇宙。相反，我们只存在于光有时间到达的宇宙区域内。这就像把鹅卵石扔进一个平静的游泳池。从飞溅物传播的第一个圆形波纹以固定的速度穿过水池表面。如果我们想象我们可观察宇宙的极限就是波纹 - 以光速穿过水池 - 并不是没有任何东西存在于那个波纹之外（还有更多的水池或宇宙，超出它），我们只是看不到还没完成。
因此，通货膨胀的后果是，除了我们用我们最强大的望远镜所能看到的之外，应该有更多的宇宙。
进入多重宇宙
这种花椰菜体现了自然界中的分形。多元宇宙也可能类似于分形。
宇宙学家长期以来一直在努力解决宇宙不是唯一宇宙的可能性。事实上，我们只能在无限的泡沫海洋中形成一个泡沫，这个概念被称为“多元宇宙”。你看，通货膨胀不会发生一次;它始终是通过一种被称为“永恒通货膨胀”的无限巨大连锁反应发生。一个宇宙将出现，通货膨胀将接管，扩大宇宙，宇宙将拥有自己的量子不稳定性，这将产生更多的奇点，继而创造更多的宇宙。这就像炸毁派对气球一样，它会产生许多其他派对气球，这些气球似乎随机地从橡胶表面喷出。这种情况听起来很混乱，而且确实如此。这种假设的支持者认为，永恒的通货膨胀是不可阻挡的，非常复杂并且不断产生新的宇宙。这种情况的数学表明多元宇宙就像一个分形。
值得注意的是，多元宇宙中的每个连续宇宙都不可能与我们的宇宙共享相同的物理学。一个宇宙可能没有引力。另一个人可能不支持将物质放在一起的力量。有很多死产的宇宙并不是很重要。我们人类幸运地拥有一个拥有创造我们所看到的正确环境的宇宙，一个被称为人类原则的哲学论证。
永恒通货膨胀的问题在于它是凌乱无限的，而且这个假设最终是不可测试的。如果我们不能至少找到一些支持多元宇宙假设的观察证据，那么为宇宙（或宇宙）建立一个精彩的数学模型有什么意义呢？
霍金不是多重宇宙的粉丝
那么，霍金和赫托格的研究与这个不屈不挠的多元宇宙有什么关系呢？
在多元宇宙中，我们的宇宙只是一个通货膨胀已经结束的口袋宇宙，尽管有可能，它仍然能够创造出丰富的恒星和星系以及生活在一些随意摇滚的宇宙上的人类。然而，除了我们平静的口袋之外发生的事情有些不同。
“通常的永恒通胀理论预测，全球我们的宇宙就像一个无限的分形，具有不同口袋宇宙的镶嵌物，被膨胀的海洋隔开，”霍金去年接受采访时说。“物理和化学的局部定律可以从一个口袋宇宙到另一个口袋宇宙不同，它们共同组成一个多元宇宙。但我从未成为多元宇宙的粉丝。如果多元宇宙中不同宇宙的规模大或无穷大理论无法测试。“
霍金和赫托格认为，问题在于爱因斯坦的广义相对论（控制着宇宙的演化）和量子力学（通过量子波动来创造新宇宙）的不相容性。多元宇宙的永恒膨胀模型“消除了古典与量子物理之间的分离”，赫托格在随附的新闻稿中说。“因此，爱因斯坦的理论在永恒的通货膨胀中被打破了。”
他们的研究并没有将广义相对论与量子物理学相协调（迄今为止一直没有成功的任务），但是他们使用弦理论的数学来帮助简化多元宇宙模型。快速回顾：弦理论预测宇宙中的所有亚原子粒子实际上都是由在空间中传播的一维弦组成。这些弦的振动状态使这些粒子具有量子态（例如电荷，自旋和质量）。但弦理论也预测了假设引力子的存在，引力引力子是一种承载引力的量子粒子。因此，弦理论将解释爱因斯坦的广义相对论（引力）与量子物理学的关系。
利用弦理论的数学框架，本研究简化了多元宇宙。霍金和赫托格使用全息术的弦理论概念将我们的三维宇宙缩小为二维“表面”，从中我们所知道和喜爱的宇宙被投射出来。通过这样做，他们能够描述没有广义相对论的永恒通货膨胀，创造了一种“永恒的状态”。
“当我们及时追踪宇宙的演变时，我们在某个时刻达到了永恒通货膨胀的门槛，我们熟悉的时间概念不再有任何意义，”赫托格在一份声明中说道。
数学很复杂，但结果很有趣。计算具有将无限和分形多元宇宙转变为比永恒膨胀预测更简单（和有限）的情况的效果。
霍金说：“我们并没有归结为一个独特的宇宙，但是我们的研究结果意味着多元宇宙的显着减少，以及更小范围的可能宇宙。”
我们如何测试它？
从正确的角度来看，霍金的最终论文并没有彻底改变我们对宇宙（以及多元宇宙）如何运作的理解，但它是一个巨大的理论工作领域的有价值的补充。具体而言，赫托格希望这项研究可以帮助我们寻找由永恒通货膨胀产生的古老引力波。然而，时空中的这些涟漪对于当前的引力波探测器来说太弱了。我们需要等到先进的太空观测站 - 例如计划中的欧洲航天局的LISA任务- 启动。
艺术家对ESA的LISA探路者的渲染，将负责探测来自太空的引力波
无论这项研究是否会导致我们所生活的宇宙的开创性发现，这都是一位伟大的科学家的证明，他一生都在不知疲倦地工作，以回答人类思考过的一些最大问题。而在霍金的肩膀上，其他伟大的思想将建立在这项工作的基础上，希望能够破译我们的宇宙是否是独一无二的 - 或者如果它是一个混乱地漂浮在多元宇宙海洋中的泡沫。
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