有人問(wèn)霍金：您認(rèn)為您的黑洞輻射和無(wú)邊界設(shè)想，哪個(gè)更為重要？霍金坐在輪椅上，控制著鼠標(biāo)在屏幕上悠悠然打出一行字：別人認(rèn)為黑洞輻射更重要，因?yàn)樗呀?jīng)被普遍接受，我卻認(rèn)為無(wú)邊界設(shè)想更重要。在書里，霍金甚至自信地說(shuō)，無(wú)邊界設(shè)想就像就像當(dāng)初的日心說(shuō)、相對(duì)論一樣，雖然剛開(kāi)始很多人不能理解，但最終會(huì)成為人人都相信的理論。認(rèn)識(shí)無(wú)邊界設(shè)想和虛時(shí)間，會(huì)像認(rèn)識(shí)地球是圓的一樣，成為人類智慧的重大飛躍。
無(wú)邊界設(shè)想又叫無(wú)邊界宇宙模型，意思是說(shuō)，在所有宇宙歷史里，宇宙像地球表面一樣，是一個(gè)有限但沒(méi)有邊界的閉合曲面，只是這個(gè)表面不是二維，而是四維的。筆者曾把這個(gè)模型理解為三維空間加時(shí)間和虛時(shí)間的五維時(shí)空，但還是非常難以理解，因?yàn)榛艚鹩昧颂摃r(shí)間和歐幾里得時(shí)空這些普通人很難理解的概念。今天筆者從另一個(gè)角度來(lái)描繪，不知道是不是更易懂、更接近這個(gè)設(shè)想的基本意圖？
無(wú)邊界設(shè)想有兩個(gè)關(guān)鍵詞，一個(gè)是對(duì)宇宙歷史求和，一個(gè)是虛時(shí)間，也就是說(shuō)無(wú)邊界模型包含了宇宙在虛時(shí)間中的所有可能歷史，有人把它理解為平行宇宙，雖然有一定的道理，但和霍金的設(shè)想應(yīng)該是不完全相符的。
我們可以把宇宙想象成一個(gè)在實(shí)時(shí)間中膨脹的三維球面，它可能膨脹到一定程度就收縮，也可能靜止下來(lái)，或者一直膨脹下去。如果我們單單把時(shí)間拿出來(lái)，這個(gè)時(shí)間就是宇宙的歷史路徑，它可看作一條線段或者射線，在這條線上的每一點(diǎn)上都附著一個(gè)三維宇宙歷史球?，F(xiàn)在霍金認(rèn)為，在和實(shí)時(shí)間垂直的虛時(shí)間里，宇宙還有無(wú)數(shù)可能的歷史，要描繪整個(gè)宇宙，就需要對(duì)所有虛時(shí)間中的宇宙歷史路徑進(jìn)行求和，也就是說(shuō)要對(duì)無(wú)數(shù)虛時(shí)間以及附著其上的無(wú)數(shù)多的三維宇宙歷史球求和。我們先不考慮三維宇宙歷史球，只對(duì)虛時(shí)間求和，這樣就會(huì)從宇宙開(kāi)始的奇點(diǎn)，發(fā)散出無(wú)數(shù)的路徑，歸于可能的終點(diǎn)，這些虛時(shí)間中的路徑就形成了一個(gè)二維的閉合球面，就像地球一樣，無(wú)數(shù)宇宙歷史從南極出發(fā)，沿歷史路徑（經(jīng)線）發(fā)散，最后到達(dá)北極。這樣宇宙的奇點(diǎn)就被抹平了，我們就不用再追究奇點(diǎn)之前究竟發(fā)生了什么事，因?yàn)檫@個(gè)宇宙模型沒(méi)有奇點(diǎn)之前，就像地球沒(méi)有南極點(diǎn)之前這個(gè)概念一樣。南極點(diǎn)和地球上其它點(diǎn)沒(méi)有什么兩樣，無(wú)邊界宇宙模型中的奇點(diǎn)也和其它點(diǎn)沒(méi)有什么兩樣。
如果再把三維歷史球疊加進(jìn)這個(gè)無(wú)邊界宇宙模型，實(shí)際上就是一個(gè)包含實(shí)時(shí)間和虛時(shí)間的五維宇宙歷史球，也就是整個(gè)宇宙的波函數(shù)。根據(jù)量子力學(xué)的觀點(diǎn)，一旦有智慧生物去觀測(cè)宇宙，這個(gè)波函數(shù)就會(huì)在虛時(shí)間中坍縮，宇宙就會(huì)選擇一種最有可能的歷史在實(shí)時(shí)間中呈現(xiàn)出來(lái)，這就是我們所在的四維時(shí)空——現(xiàn)實(shí)宇宙?；艚鸶M(jìn)一步說(shuō)，我們的這個(gè)宇宙并不是完美的圓球面，完美圓球面在虛時(shí)間中對(duì)應(yīng)著一直以暴脹方式膨脹的宇宙，我們的宇宙則是南極更平坦一些的球面，這樣在經(jīng)歷暴脹階段后，膨脹速度便緩慢下來(lái)，物質(zhì)落到一起形成星系和恒星，才有了我們這樣的智慧生命。在虛時(shí)間中這種宇宙的歷史便表現(xiàn)為南極略微平坦且有微小起伏，科學(xué)家們已經(jīng)在宇宙微波背景輻射中發(fā)現(xiàn)了這種漣漪，范圍大約是萬(wàn)分之一度。
這可能是無(wú)邊界宇宙模型中，到目前為止最接近霍金本意，最通俗易懂的解釋。不過(guò)現(xiàn)在這個(gè)模型確實(shí)不是一種主流的宇宙觀，也許太過(guò)超前，也許還有待完善，也許干脆就會(huì)被證偽，誰(shuí)知道呢？量子力學(xué)里本來(lái)就那么多說(shuō)不清道不明的東西，要把它擴(kuò)展到宇宙這么大的尺度上去，還不定會(huì)搞出些什么更稀奇古怪的事來(lái)呢。
聯(lián)系客服
