霍金提新理论：宇宙或具超现实主义几何特征( 二 ) _霍金

然后弦理论应运而生。这一理论提供了一种完整描述我们所在宇宙的美丽图景，涵盖了它的整个历史，并且将引力和量子力学统一起来。然而这一理论却更倾向于一个具有负曲率的宇宙：一个具有像埃斯特画作中所体现的那种几何特质的宇宙，一个宇宙常数为负值的宇宙。这让物理学家们陷入困惑：一方面是一个正常运行的宇宙，但是却缺乏可以描述它的理论；另一方面是一个看上去完美的理论，但是却不能描述我们真实所观察到的宇宙。
现在，霍金，赫托格和来自美国加州大学圣巴巴拉分校的詹姆斯·哈特尔(James Hartle)正尝试建立起沟通两者的桥梁。他们尝试在一个具有负曲率的宇宙模型中产生出加速膨胀。这或许将意味着弦理论最终仍将被证明是可以用来描述我们所观察到的真实宇宙的。这一想法最初源于上世纪80年代霍金与哈特尔两人头脑中的一个构思，即绕开广义相对论的缺陷并试图寻找有关我们这个宇宙的量子图景。
在量子力学中使用“波函数”的概念来描述一个量子物体所可能具有的所有状态，并赋予其中的每一个状态一个概率值。霍金和哈特尔提出了一个相似的波函数概念来给出大爆炸可能产生不同宇宙的概率值。它可以描述所有可能存在的宇宙，包括太阳系永远无法在其中形成的宇宙，或者在其中生命会按照完全不同的道路演化的宇宙。
在过去的30多年中，霍金和哈特尔一直在努力尝试将一个具有正值的宇宙常数嵌入他们构建的波函数中，因为这一过程被认为是必要的步骤。但是这样做的代价是牺牲方程的精确性：即便他们成功地做到了这一点，他们所获得的宇宙中的一切也将只能是模糊的，对于真实的近似。

文章插图
美国加州大学伯克利分校天体物理学家萨尔·波尔马特，他通过对遥远超新星的观测发现了宇宙正在加速膨胀。由于这一贡献，他和美国物理学家布莱恩·施密特以及亚当·里斯共同分享了2011年度诺贝尔物理学奖
艰难的平衡
与此同时，弦理论家们也一直在努力理解一个具有正值宇宙常数的宇宙，因为这样一个宇宙似乎倾向于不稳定。要想构建这样一个宇宙有点像是让一支削尖的铅笔用它的尖头立起来放稳：或许它确实可以站立一会，但是对于这支铅笔来说，这显然不是它的最稳定状态，它的最稳定状态应该是平躺在桌面上，如果一直这样用笔尖站立，迟早它会失去稳定性并倒下。因此相似的，对于弦理论而言，它最适合达成稳定的地方是在埃斯特的作品所构建的那种宇宙中。赫托格说：“如果宇宙具有负曲率，那么弦理论在其中就会舒服的多。”
然而霍金的最新理论指出，弦理论这一看似缺陷的地方实质上可能是可以让这一理论贴近现实宇宙图景的一种方式。在一篇在线发表的论文中，霍金和同事们描述了他们如何运用他们提出的，采用取负值的宇宙常数的波函数方程得到了一系列不同的宇宙，其中有一部分具备加速膨胀的性质。(论文地址：arxiv.org/abs/1205.3807)
赫托格表示：“其中有一些宇宙表现出加速膨胀，就像我们的宇宙。”他说：“这表明量子态已经自动涵盖了全部这两种宇宙状态。”对于特定的波函数来说，这些加速膨胀的宇宙甚至可以成为产生几率最大的类型。
这一理论的关键在于霍金团队构建的波函数可以进一步演化，形成非常类似于弦理论中一种特定方程的形式。这一方程最早是由普林斯顿高等学术研究所的朱安·马尔达西那(Juan Maldacena)在1997年提出的。赫托格说：“两者之间存在某种联系，某种非常微妙的联系。”当霍金的小组看到这两者之间存在的内在联系之后，研究小组决定尝试将两者统一起来并构建一个新的波函数，其中将采用负值的宇宙常数。他们相信这样做的结果将让他们得以借鉴弦理论中所给出的关于宇宙的完美数学图景，并且同样可以获得一个呈现加速膨胀的宇宙。