霍金提新理論：宇宙或具超現實主義幾何特征( 二 ) _霍金

然后弦理論應運而生。這一理論提供了一種完整描述我們所在宇宙的美麗圖景，涵蓋了它的整個歷史，并且將引力和量子力學統一起來。然而這一理論卻更傾向于一個具有負曲率的宇宙：一個具有像埃斯特畫作中所體現的那種幾何特質的宇宙，一個宇宙常數為負值的宇宙。這讓物理學家們陷入困惑：一方面是一個正常運行的宇宙，但是卻缺乏可以描述它的理論；另一方面是一個看上去完美的理論，但是卻不能描述我們真實所觀察到的宇宙。
現在，霍金，赫托格和來自美國加州大學圣巴巴拉分校的詹姆斯·哈特爾(James Hartle)正嘗試建立起溝通兩者的橋梁。他們嘗試在一個具有負曲率的宇宙模型中產生出加速膨脹。這或許將意味著弦理論最終仍將被證明是可以用來描述我們所觀察到的真實宇宙的。這一想法最初源于上世紀80年代霍金與哈特爾兩人頭腦中的一個構思，即繞開廣義相對論的缺陷并試圖尋找有關我們這個宇宙的量子圖景。
在量子力學中使用“波函數”的概念來描述一個量子物體所可能具有的所有狀態，并賦予其中的每一個狀態一個概率值。霍金和哈特爾提出了一個相似的波函數概念來給出大爆炸可能產生不同宇宙的概率值。它可以描述所有可能存在的宇宙，包括太陽系永遠無法在其中形成的宇宙，或者在其中生命會按照完全不同的道路演化的宇宙。
在過去的30多年中，霍金和哈特爾一直在努力嘗試將一個具有正值的宇宙常數嵌入他們構建的波函數中，因為這一過程被認為是必要的步驟。但是這樣做的代價是犧牲方程的精確性：即便他們成功地做到了這一點，他們所獲得的宇宙中的一切也將只能是模糊的，對于真實的近似。

文章插圖
美國加州大學伯克利分校天體物理學家薩爾·波爾馬特，他通過對遙遠超新星的觀測發現了宇宙正在加速膨脹。由于這一貢獻，他和美國物理學家布萊恩·施密特以及亞當·里斯共同分享了2011年度諾貝爾物理學獎
艱難的平衡
與此同時，弦理論家們也一直在努力理解一個具有正值宇宙常數的宇宙，因為這樣一個宇宙似乎傾向于不穩定。要想構建這樣一個宇宙有點像是讓一支削尖的鉛筆用它的尖頭立起來放穩：或許它確實可以站立一會，但是對于這支鉛筆來說，這顯然不是它的最穩定狀態，它的最穩定狀態應該是平躺在桌面上，如果一直這樣用筆尖站立，遲早它會失去穩定性并倒下。因此相似的，對于弦理論而言，它最適合達成穩定的地方是在埃斯特的作品所構建的那種宇宙中。赫托格說：“如果宇宙具有負曲率，那么弦理論在其中就會舒服的多。”
然而霍金的最新理論指出，弦理論這一看似缺陷的地方實質上可能是可以讓這一理論貼近現實宇宙圖景的一種方式。在一篇在線發表的論文中，霍金和同事們描述了他們如何運用他們提出的，采用取負值的宇宙常數的波函數方程得到了一系列不同的宇宙，其中有一部分具備加速膨脹的性質。(論文地址：arxiv.org/abs/1205.3807)
赫托格表示：“其中有一些宇宙表現出加速膨脹，就像我們的宇宙。”他說：“這表明量子態已經自動涵蓋了全部這兩種宇宙狀態。”對于特定的波函數來說，這些加速膨脹的宇宙甚至可以成為產生幾率最大的類型。
這一理論的關鍵在于霍金團隊構建的波函數可以進一步演化，形成非常類似于弦理論中一種特定方程的形式。這一方程最早是由普林斯頓高等學術研究所的朱安·馬爾達西那(Juan Maldacena)在1997年提出的。赫托格說：“兩者之間存在某種聯系，某種非常微妙的聯系。”當霍金的小組看到這兩者之間存在的內在聯系之后，研究小組決定嘗試將兩者統一起來并構建一個新的波函數，其中將采用負值的宇宙常數。他們相信這樣做的結果將讓他們得以借鑒弦理論中所給出的關于宇宙的完美數學圖景，并且同樣可以獲得一個呈現加速膨脹的宇宙。