宇宙膨脹有如沸水泡泡
宇宙最可能的歷史像是泡泡的表面。許多小泡泡出現(xiàn)，然后再消失
詹姆.哈特爾和我發(fā)展宇宙自發(fā)創(chuàng)生的圖景有一點(diǎn)像泡泡在沸騰的水中形成。
其思想是，宇宙最可能的歷史像是泡泡的表面。許多小泡泡出現(xiàn)，然后再消失。這些對(duì)應(yīng)于微小的宇宙，它們膨脹，但在仍然處于微觀尺度時(shí)再次坍縮。它們是另外可能的宇宙，由于不能維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間，來(lái)不及發(fā)展星系和恒星，更不用說(shuō)智慧生命了，所以我們對(duì)它們沒(méi)有多大興趣。然而，這些小泡泡中的一些會(huì)膨脹到一定的尺度，到那時(shí)可以安全地逃避坍縮。它們會(huì)繼續(xù)以不斷增大的速率膨脹，形成我們看到的泡泡。它們對(duì)應(yīng)于開(kāi)始以不斷增加的速率膨脹的宇宙。這就是所謂的暴脹，正如每年的價(jià)格上漲一樣。
通貨膨脹的世界紀(jì)錄應(yīng)歸一戰(zhàn)以后的德國(guó)。在18月期間價(jià)格增大了一千萬(wàn)倍。但是，它和早期宇宙中的暴脹相比實(shí)在微不足道。宇宙在比一秒還微小得多的時(shí)間里膨脹了十的30次方倍。和通貨膨脹不同，早期宇宙的暴脹是非常好的事情。它產(chǎn)生了一個(gè)非常巨大的均勻的宇宙，正如我們觀察到的。然而，它不是完全均勻的。在對(duì)歷史求和中，稍微具有無(wú)規(guī)性的歷史和完全均勻和規(guī)則歷史的概率幾乎相同。因此，理論預(yù)言早期宇宙很可能是稍微不均勻的。這些無(wú)規(guī)性在從不同方向來(lái)的微波背景強(qiáng)度上引起小的變化。利用MAP(微波各向異性)衛(wèi)星已經(jīng)觀察到微波背景，發(fā)現(xiàn)了和預(yù)言完全一致的變化。這樣，我們知道自己正在正確的道路上前進(jìn)。
“上帝的確在擲骰子”
我們是極早期宇宙的量子起伏的產(chǎn)物
早期宇宙中的無(wú)規(guī)性，意味著在有些區(qū)域的密度，比其它地方的稍高。這些額外密度的引力吸引使這個(gè)區(qū)域的膨脹減緩，而且最終能夠使這些區(qū)域坍縮形成星系和恒星。請(qǐng)仔細(xì)看這張微波天圖。它是宇宙中一切結(jié)構(gòu)的藍(lán)圖。我們是極早期宇宙的量子起伏的產(chǎn)物。上帝的確在擲骰子。
在過(guò)去的百年間，我們?cè)谟钪鎸W(xué)中取得了驚人的進(jìn)步。廣義相對(duì)論和宇宙膨脹的發(fā)現(xiàn)，粉碎了永遠(yuǎn)存在并將永遠(yuǎn)繼續(xù)存在的宇宙的古老圖像。取而代之，廣義相對(duì)論預(yù)言，宇宙和時(shí)間本身都在大爆炸處起始。它還預(yù)言時(shí)間在黑洞里終結(jié)。宇宙微波背景的發(fā)現(xiàn)，以及黑洞的觀測(cè)，支持這些結(jié)論。這是我們的宇宙圖像和實(shí)在本身的一個(gè)深刻的改變。
雖然廣義相對(duì)論預(yù)言了，宇宙來(lái)自于過(guò)去一個(gè)高曲率的時(shí)期，但它不能預(yù)言宇宙如何從大爆炸形成。這樣，廣義相對(duì)論自身不能回答宇宙學(xué)的核心問(wèn)題，為何宇宙如此這般。然而，如果廣義相對(duì)論和量子論相合并，就可能預(yù)言宇宙是如何起始的。它開(kāi)始以不斷增大的速率膨脹。這兩個(gè)理論的結(jié)合預(yù)言，在這個(gè)稱作暴脹的時(shí)期，微小的起伏會(huì)發(fā)展，導(dǎo)致星系、恒星以及宇宙中所有其它結(jié)構(gòu)的形成。對(duì)宇宙微波背景中的小的非均勻性的觀測(cè)，完全證實(shí)了預(yù)言的性質(zhì)。這樣，我們似乎正朝著理解宇宙起源的正確方向前進(jìn)，盡管還有許多工作要做。當(dāng)我們通過(guò)精密測(cè)量空間航空器之間距離，進(jìn)而能夠檢測(cè)到引力波，就會(huì)打開(kāi)極早期宇宙的新窗口。引力波從最早的時(shí)刻自由地向我們傳播，所有介入的物質(zhì)都無(wú)法阻礙它。與此相比較，自由電子多次地散射光。這種散射一直進(jìn)行到30萬(wàn)年后電子被凝結(jié)之前。
宇宙最終會(huì)再次坍縮嗎？
我們正接近回答這古老的問(wèn)題：我們?yōu)楹卧诖�？我們從何而�?lái)？
盡管我們已經(jīng)取得了一些偉大成功，并非一切都已解決。我們觀察到，宇宙的膨脹在長(zhǎng)期的變緩之后，再次加速。對(duì)此理論還不能理解清楚。缺乏這種理解，對(duì)宇宙的未來(lái)還無(wú)法確定。它會(huì)繼續(xù)地?zé)o限地膨脹下去嗎？暴脹是一個(gè)自然定律嗎？或者宇宙最終會(huì)再次坍縮嗎？新的觀測(cè)結(jié)果，理論的進(jìn)步正迅速涌來(lái)。宇宙學(xué)是一個(gè)非常激動(dòng)人心和活躍的學(xué)科。我們正接近回答這古老的問(wèn)題：我們?yōu)楹卧诖�？我們從何而�?lái)？
謝謝各位。
此文版權(quán)屬霍金教授所有
本文譯者吳忠超，為霍金教授的中國(guó)博士生，1984年獲劍橋大學(xué)博士學(xué)位。亦是《時(shí)間簡(jiǎn)史》中譯本譯者。(小題由編輯所加)
(來(lái)源：香港文匯報(bào))
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