霍金最後論文完整發布，再推翻無邊界理論：多元宇宙非無限

[peter]

霍金最後論文完整發布，再推翻無邊界理論：多元宇宙非無限   

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霍金人生最後一篇論文，暗示人類將透過技術找到平行時空
 https://technews.tw/2018/03/19/stephen-hawking-multi-cosmic-big-bang-inflation-parallel-time-and-space/

其中，霍金人生最後一篇論文剛於逝世前 2 個禮拜提交，暗示了科學家將透過技術檢測到另一個平行宇宙的存在！


此外，霍金也在論文中給出「一旦恆星耗盡能量，我們的宇宙將會終結」的世界末日預言，如果未來平行時空真的證實存在，這項研究勢必贏得諾貝爾獎。惋惜的是，只有論文合著者比利時天主教魯汶大學物理學教授 Thomas Hertog 能榮獲獎項，因為諾貝爾獎得主條件之一就是不頒給已過世之人。

這篇題為《A Smooth Exit from Eternal Inflation》的論文中，霍金闡述了發現平行時空所需要的數學算式，以及未來先進深空探測器將能從宇宙背景輻射中測量到多元宇宙存在的證據，解開宇宙真面目。

宇宙微波背景（Cosmic Microwave Background，簡稱 CMB，又稱 3K 背景輻射）是宇宙學中「大爆炸」遺留下來的熱輻射，為觀測宇宙學的基礎，也是宇宙最古老的光。

這也是霍金第一個將能透過實驗證實的理論。霍金與美國物理學家哈妥（James Burkett Hartle）早於 1983 年合作提出「宇宙無邊界論」（no-boundary theory），描述宇宙如何隨著大爆炸膨脹至今日樣貌，並預測了多元宇宙的存在。只是該理論太抽象，又是無法證實的數學悖論，更沒人可以佐證霍金的想法，因此內容再絢爛也無緣諾貝爾獎。

不過今日最令人振奮的是，新論文提出的數學算式將可透過檢測發現其他宇宙，有機會證明我們宇宙只是云云宇宙中的一個，最終還會隨著恆星耗盡能量而走向消亡。

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Earth 616 ?  還是第7宇宙 ?

[peter]

 
霍金最後論文完整發布，再推翻無邊界理論：多元宇宙非無限
 https://technews.tw/2018/05/03/stephen-hawking-multiverse-theory-pocket-universe/

霍金並未反駁多元宇宙存在，但他相信這個多元在「全幅背景中」仍只是有限存在，而非無窮分化的結構。如果這項理論能被其他物理學家接受並證實的話，代表未來我們能更容易測出宇宙極限——因為範圍大大縮小了。

根據目前宇宙暴脹論（inflationary theory），我們存在的這個宇宙於大爆炸後幾分之一秒內，像吹氣球一樣以比光速還快的速度擴長，之後雖然仍在持續膨脹，可速度低了許多。

但若根據 1983 年提出的永恆暴脹（Eternal inflation）模型，量子漲落（quantum fluctuation）描述了宇宙某些地方從未停止這種暴脹過程，因此「整個背景空間」事實上充滿著無數個和我們宇宙一樣的袖珍宇宙（Pocket universe），各自有各自的物理定律，有些是空的、有些充滿物質、有些擴展太快、有的太過短暫，而我們恰恰好由一個合適的宇宙孕育生成。

但霍金不是無窮多元宇宙的粉絲。他和 Thomas Hertog 不愛無限多元宇宙的不可預測性，反而更喜歡一個能被驗證的假說，你可以透過任何實驗來證明或反駁——否則就如外媒《New Atlas》所述，科學聽起來就跟宗教一樣，比如上帝創造了一切，這種說法看似優雅也完美回答了我們為何存在，但其本質上仍是不可測量的。

基於此，包括霍金、Thomas Hertog 在內的一些科學家認為，現有永恆暴脹理論若不修改就沒有意義，此番修改即新論文重點。永恆暴脹理論一個基本假設是愛因斯坦的廣義相對論有效，但霍金、Thomas Hertog 認為情況並非如此，相反地，愛因斯坦理論在其中破滅了。他們提出基於弦理論的全新多元宇宙模型，該理論假設宇宙是一個龐大而復雜的全像圖，某些三維空間中的物理現實（physical reality）可以在數學上被簡化成二維投影。宇宙有了邊界，我們才能看見。

新理論也違背了霍金自己在 1983 年首次提出的無邊界理論，那時候，霍金表示宇宙沒有所謂「開始」，因為宇宙沒有邊界，在那裡我們熟悉的時間概念不再有任何意義；但現在，他們說宇宙有邊界，結構也簡單許多。如果理論得到進一步證實，我們將會發現多元宇宙不再那樣多元，甚至宇宙背景範圍將變小得多。

霍金人生最後一篇論文處理了科學家一碰就頭疼異常的問題，雖然多數物理學家普遍不同意新論文的想法，甚至稱這篇論文「完全不起眼」、聽起來令人失望，但畢竟理論物理學家只是用數學來回答宇宙最大尺度的問題，也許我們不必去評論霍金最後一篇論文是紙上談兵還是革命性論點，而只要知道霍金在生命的最後一年，仍孜孜不倦地進行日常工作，試圖了解未知宇宙。

這篇論文還預測未來終有一天，我們可以透過重力波找到平行宇宙存在的證據，研究已於 5 月 2 日發表在《高能物理學報》（High Energy Physics）上。

[peter]

https://scitechdaily.com/constraining-the-multiverse-stephen-hawkings-final-theory-about-the-big-bang/

霍金关于大爆炸的最终理论对多元宇宙规模提出了制约  
https://www.cnbeta.com/articles/science/1223979.htm
2018年发表在《Journal of High Energy Physics》上。该理论是在霍金于2018年早些时候去世前提交发表的，它以弦理论为基础，预测宇宙是有限的，且远比目前许多关于大爆炸的理论说得简单。赫托格教授的工作得到了欧洲研究理事会的支持，他在2017年7月霍金教授75岁生日之际在剑桥大学举办的一次会议上首次宣布了这一新理论。

现代大爆炸理论预测，我们本地的宇宙是随着一阵短暂的膨胀而出现的--换句话说，在大爆炸本身之后的一小部分时间里，宇宙以指数的速度膨胀。然而人们普遍认为，一旦膨胀开始，有些地区的通胀就不会停止。人们认为，在宇宙的某些区域，量子效应可以使膨胀永远持续下去，因此从整体上看，膨胀是永恒的。这样，我们宇宙的可观测部分就只是一位好客的袖珍宇宙，一个膨胀已经结束、恒星和星系形成的区域。

“通常的永恒膨胀理论预测，在全球范围内，我们的宇宙就像一个无限的分形，它有着不同的袖珍宇宙的马赛克，被一个膨胀的海洋分开，”霍金在2017年的一次采访中说道，“当地的物理和化学定律可以从一个袖珍宇宙到另一个袖珍宇宙而有所不同，这将共同形成一个多元宇宙。但我从来都是多元宇宙的粉丝。如果多元宇宙中不同宇宙的规模很大或无限大，那么理论就无法得到检验。”

霍金和赫托格在他们的论文中指出，这种将永恒膨胀作为大爆炸理论的说法是错误的。赫托格表示：“关于永恒膨胀的通常说法的问题是，它假设了一个现有的背景宇宙，该宇宙根据爱因斯坦的广义相对论演化并将量子效应视为围绕此的小波动。然而，永恒膨胀的动力学抹去了经典和量子物理学之间的分离。因此，爱因斯坦的理论在永恒膨胀中崩溃。”

“我们预测，我们的宇宙在最大的尺度上是合理平滑和全球有限的。所以它不是一个分形结构，”霍金说道。

霍金和赫托格提出的永恒膨胀理论是基于弦理论得出。他们所使用的方法采用了弦理论中的全息概念，该概念假设宇宙是一个巨大而复杂的全息图：某些三维空间的物理现实可以在数学上简化为表面上的二维投影。

霍金和赫托格发展了这个全息论概念的一个变种，即在永恒膨胀中投射出时间维度。这使他们得以描述永恒膨胀而不必依赖爱因斯坦的理论。在新理论中，永恒膨胀被简化为一个在时间开始时定义在空间表面的永恒状态。

赫托格表示：“当我们向后追踪我们的宇宙的演变时，在某一点上我们到达了永恒膨胀的门槛，在那里我们熟悉的时间概念不再有任何意义。”

霍金早期的“无边界理论”预测，如果你回到宇宙的起点，宇宙会像球体一样缩小和关闭，但这个新理论代表了离早期工作的一步。“现在我们说，在我们的过去有一个边界，”赫托格说道。

赫托格和霍金利用他们的新理论得出了关于宇宙全球结构的更可靠的预测。他们预测，在过去的边界上，从永恒膨胀中出现的宇宙是有限的，这远比永恒膨胀的旧理论所预测的无限分形结构简单。

他们的结果如果被进一步的工作证实，则将对多元宇宙范式产生深远的影响。霍金指出：“我们并没有沦落到一个单一的、独特的宇宙，但我们的发现意味着多元宇宙的大幅缩减，进而变成了一个小得多的可能宇宙的范围。”这使得该理论更具预测性和可测试性。

赫托格现在计划在我们的太空望远镜可以触及的较小尺度上研究新理论的影响。他认为，原始的引力波--时空的涟漪--在永恒膨胀的出口处产生，从而构成了测试该模型的最有希望的“烟雾弹”。我们的宇宙自始至终都在膨胀，这意味着这种引力波会有很长的波长，在目前LIGO探测器的范围之外。但它们可能会被计划中的欧洲天基引力波观测站LISA听到或在未来测量宇宙微波背景的实验中看到。