霍金发现宇宙是超现实几何体

腾讯科技新闻据国外媒体报道，英国著名物理学家和宇宙学家斯蒂芬·霍金(StephenHawking)在剑桥大学表示，根据一项研究结果，我们宇宙的形状可能是一个不可思议的几何图形，更接近超现实主义艺术，就像荷兰著名艺术家埃舍尔(M.C.Escher)创造的图形一样奇怪。这一发现可能会让埃舍尔的艺术迷们感到高兴。然而，霍金的研究小组认为，关于宇宙形状的发现是基于弦理论，而弦理论仍在假设之下，尚未得到充分验证。探索“宇宙形状”的研究小组使用数学工具来解决扭曲缠绕空间的计算问题，这在以前被认为是不可能的。如果这个模型成功建立，那么我们可以用它来解释宇宙是如何从大爆炸中“支撑”起来的，并统一重力和量子力学。比利时鲁汶天主教大学理论物理研究所的科学家、霍金研究小组的成员托马斯·赫托说，“我们通过弦理论模型构建宇宙的形状。这是一种新的方式。”至于如何描述这样一个形状，我们可以通过观察科内利斯·埃舍尔的艺术家的几何图像来了解它。这个复杂而纠结的几何模型似乎与我们先前认为的宇宙外形大不相同。如果我们想用语言来描述宇宙的形状，那么它应该是一个多重镶嵌图案，有无限重复的扭曲表面和互锁的曲面，就像科内利斯·埃舍尔创造的“圆极限四”图案，和美国工程师P.H .史密斯(P.H .史密斯)创造的“史密斯图”一样。这些艺术品都是用周期性的图案反复镶嵌，这样我们就可以在有限的面积内产生无限的延伸和增加的感觉。尽管这些几何艺术作品是在二维空间中描绘的，但它们体现了双曲空间的概念，双曲空间是非欧洲的几何空间形式。例如，在“圆形极限四”图案中，周期性出现的连续图案被连接在一起并重复连接以形成从中心到边缘无限延伸的图案。从二维平面图案可以看出，从中心到边缘的连续图案随着相同的收缩系数而减少，并且在边缘位置区域是无限的。然而，这样的图案是双曲空间中的另一个场景:从中心到边缘，连接在一起的重复图案的尺寸没有减小，而是相同的。由于双曲空间不能平铺，我们将在双曲空间的多维图形中看到扭曲的外观，形成类似起伏山脉的场景。从弦理论推导出的宇宙形状似乎与我们通常看到的空间不同，天文学家通过精确测量宇宙微波背景辐射和超新星之间的距离，发现我们的宇宙是平的，没有扭曲的迹象。为什么弦理论预测的宇宙形状与实际观察到的空间不一致？科学家认为这可能是因为宇宙中仍然有一个神秘的因素在起着未知的作用。这是暗能量。在暗能量的干预下，宇宙的膨胀速度正在加快。我们仍然不确定暗能量是什么，它来自哪里，但是根据爱因斯坦广义相对论的数学表达式，我们知道它可以用来描述宇宙的膨胀。我们所拥有的只是一个扭曲的时空，对宇宙形状的难以置信的解释，就像科内利斯·埃舍尔的几何图像，以及与暗能量相关的宇宙常数。这种情况让天体物理学家非常尴尬。一方面，我们的宇宙运行正常，但没有完整的理论解释。另一边是我们的理论，它不能描述当前的宇宙。现在，斯蒂芬·霍金、赫托格和圣巴巴拉加州大学的宇宙学家詹姆斯·哈特已经为此搭建了一座桥梁。他们发现了用宇宙常数来解释宇宙加速膨胀的方法，这意味着弦理论可以描述我们现在看到的宇宙。自20世纪80年代以来，斯蒂芬·霍金和赫托格试图通过在量子宇宙中寻找谜题来绕过广义相对论的缺陷。在量子力学中，用薛定谔方程求解的波函数可以描述量子物体的所有可能状态，并导致概率问题。斯蒂芬·霍金和赫托格正在寻找一个相似的波函数，通过它我们可以找到由大爆炸产生的各种“可能的宇宙”的概率。从宇宙的“波函数”来看，宇宙的大爆炸可以产生无数“可能的宇宙”。一些宇宙存在并进化成生命，一些宇宙死亡，一个宇宙进化成太阳系。出现在行星系统中的智能生物叫做人类。每个可能的宇宙都有不同的生命进化模式。斯蒂芬·霍金和赫托格研究的弦理论并不占主导地位，对于宇宙常数为正的宇宙仍有争议，这被认为是不稳定的。建立这样一个宇宙就像竖起一支铅笔。铅笔可以保持直立，直到它处于最稳定的状态，但是它最终会掉出来。因此，最成功的弦理论宇宙形状应该像科内利斯·埃舍尔的抽象几何，并与负宇宙常数相一致。然而，斯蒂芬·霍金的最新研究表明，广义相对论的缺陷可能与弦理论有关。本文是霍金和他的同事赫托格对宇宙的“波函数”和负宇宙常数的研究，涉及宇宙加速膨胀的奥秘。赫托格认为，在宇宙“波函数”框架下的所有宇宙都有和我们的宇宙一样的加速膨胀现象。量子态也包括各种宇宙。由于波函数的存在，加速膨胀的宇宙成为最有可能存在的宇宙。新泽西州普林斯顿高等研究所的科学家JuanMaldacena说，“理解这个问题的关键是将霍金研究小组提出的宇宙‘波函数’视为弦理论的一种特殊形式。”赫托格认为这不仅是一种数学联系，而且是一种非常优雅的联系，将波函数和弦理论联系起来。一旦他们相信这种联系被证明是正确的，霍金的研究小组就开始尝试将宇宙波函数与负宇宙常数结合起来。他们有合成的理由认为他们可以借用弦理论提供的关于宇宙的数学图形。然而，在以前的观察中，我们的宇宙似乎是平的。对于这个问题，霍金的研究小组认为，它就像牛顿定律一样，可以用来解决我们在日常生活中遇到的运动问题，但是爱因斯坦方程在宇宙的大尺度结构中是需要的。同样，在我们通常的观察中，我们都暴露在一个平坦的宇宙中，看到一个平坦的空间，但最终我们不得不遵循类似于科内利斯·埃舍尔的超现实几何。当然，现在公布这项研究结果还为时过早。霍金研究小组的科学家希望提出一个更完美的弦理论宇宙模型。目前的研究过于简化，接下来的细化和扩展将是该理论成功的关键。