騰訊科技訊 據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，英國(guó)著名的物理學(xué)家和宇宙學(xué)家斯蒂芬·霍金（StephenHawking）在劍橋大學(xué)表示，根據(jù)一項(xiàng)研究成果我們宇宙的形狀可能是一種難以置信的幾何圖形，更接近于超現(xiàn)實(shí)主義的藝術(shù)，如同荷蘭著名藝術(shù)家摩里茨·科奈里斯·埃舍爾（M.C.Escher）創(chuàng)作的圖形一樣匪夷所思，這一發(fā)現(xiàn)可能會(huì)讓埃舍爾的藝術(shù)迷十分喜悅。但是霍金的研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為關(guān)于宇宙形狀的研究發(fā)現(xiàn)以弦理論為依據(jù)，而該理論目前仍然還處于假設(shè)之中，并未被完全驗(yàn)證。
探索“宇宙形狀”的研究小組使用了數(shù)學(xué)工具解決扭曲纏繞空間的計(jì)算問(wèn)題，該方法在之前被認(rèn)為是不可能進(jìn)行的。如果這個(gè)模型成功建立起來(lái)，那么我們將可以用它解釋宇宙是如何從大爆炸中“撐”起來(lái)，并將統(tǒng)一了引力和量子力學(xué)。根據(jù)位于比利時(shí)的天主教魯汶大學(xué)理論物理研究所科學(xué)家、霍金研究小組的成員托馬斯·埃爾托格（ThomasHertog）介紹：“我們通過(guò)弦理論模型搭建出宇宙的外形，這是一種新的途徑?！敝劣谠撊绾蚊枋鲞@樣的形狀，我們可以通過(guò)觀察科奈里斯·埃舍爾藝術(shù)家的幾何圖像來(lái)知曉，復(fù)雜糾纏的幾何模型似乎與我們之前認(rèn)為的宇宙外形大相徑庭。
如果要用語(yǔ)言來(lái)形容宇宙的形狀，那么應(yīng)該是整體呈現(xiàn)多重鑲嵌模式，具有無(wú)限重復(fù)出現(xiàn)的扭曲面，曲面間環(huán)環(huán)相扣，如同科奈里斯·埃舍爾創(chuàng)作的“圓形極限IV”圖案，同時(shí)也與美國(guó)工程師P.H.Smith（P.H.史密斯）創(chuàng)作的“史密斯圓圖”類似，這些藝術(shù)作品都使用了周期性的圖形反復(fù)鑲嵌，使得我們可以在一個(gè)有限面積的單位圓中產(chǎn)生無(wú)限延展和遞增的感覺(jué)。盡管這些幾何藝術(shù)作品都是在以二維空間進(jìn)行描繪，但是卻體現(xiàn)出雙曲空間的概念，是一種非歐幾何的空間形態(tài)。
比如，在“圓形極限IV”圖案中，周期性出現(xiàn)的連續(xù)圖案環(huán)環(huán)相扣，重復(fù)連接形成了一幅由中心至邊緣的無(wú)限延展圖形，從二維的平面圖案可以看出中心至邊緣的連續(xù)圖案以相同的收縮系數(shù)縮小，并在邊緣位置區(qū)域無(wú)限，但是這樣的圖形在雙曲空間中卻是另一番景象：從中心至邊緣，環(huán)環(huán)相扣的重復(fù)圖案大小并沒(méi)有縮小，而是相同的。由于雙曲空間并不能平鋪，我們就會(huì)在雙曲空間的多維圖形中看到扭曲的樣子，就形成了類似綿延山巒波浪式起伏的景象。
從弦理論推出的宇宙外形與我們平時(shí)看到的宇宙空間似乎不太一樣，而且天文學(xué)家在此之前通過(guò)精確測(cè)量宇宙微波背景輻射和超新星距離，發(fā)現(xiàn)我們的宇宙卻是平坦的，并沒(méi)有出現(xiàn)扭曲的跡象。為什么弦理論預(yù)測(cè)的宇宙外形與實(shí)際觀測(cè)的宇宙空間并不符合呢？科學(xué)家認(rèn)為這可能是因?yàn)橛钪嬷羞€存在一個(gè)神秘的因素在其中扮演著未知作用，它就是暗能量。在暗能量的介入下，宇宙的膨脹速度不斷加快，我們目前還不清楚暗能量是什么，以及它是從何而來(lái)，但是根據(jù)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論的數(shù)學(xué)表達(dá)，我們知道其可用于描述宇宙膨脹。
我們所掌握僅是一個(gè)扭曲的時(shí)空、如同科奈里斯·埃舍爾的幾何圖片般不可思議的宇宙形狀解釋、還有一個(gè)與暗能量有關(guān)的宇宙常數(shù)。這個(gè)局面使得宇宙物理學(xué)家頗為為難，一邊是我們的宇宙在正常運(yùn)轉(zhuǎn)著，但是卻缺乏完整的理論解釋；另一邊則是我們提出的理論卻不能描述當(dāng)前的宇宙?，F(xiàn)在，史蒂芬霍金、埃爾托格（Hertog）以及加州大學(xué)圣巴巴拉分校的宇宙學(xué)家詹姆斯·哈特爾（JamesHartle）為此搭建了一座橋梁，他們已經(jīng)通過(guò)使用宇宙常數(shù)發(fā)現(xiàn)了通往解釋宇宙加速膨脹的道路，這意味著弦理論可能可以描述我們現(xiàn)在看到的宇宙。從上個(gè)世紀(jì)八十年代開(kāi)始，史蒂芬霍金與埃爾托格試圖通過(guò)尋找量子宇宙的拼圖來(lái)繞開(kāi)廣義相對(duì)論的缺陷。
在量子力學(xué)中，薛定諤方程解出的波函數(shù)可以描述一個(gè)量子級(jí)物體所有可能的狀態(tài)，并將其導(dǎo)向概率問(wèn)題。史蒂芬霍金與埃爾托格尋找的目標(biāo)正是一個(gè)類似的波函數(shù)，通過(guò)其我們可以發(fā)現(xiàn)由宇宙大爆炸產(chǎn)生的各種“可能的宇宙”的概率。從宇宙“波函數(shù)”的角度看，一次宇宙大爆炸可以產(chǎn)生無(wú)數(shù)個(gè)“可能的宇宙”，有的宇宙存演化出了生命，有的宇宙歸于死寂，其中有一個(gè)宇宙中演化出了太陽(yáng)系，在該行星系統(tǒng)中出現(xiàn)的智慧生物被稱為人類，每個(gè)可能的宇宙中會(huì)出現(xiàn)不同的生命進(jìn)化模式。
史蒂芬霍金與埃爾托格研究的弦理論并非具有統(tǒng)領(lǐng)作用，與宇宙常數(shù)為正值的宇宙之間還存在爭(zhēng)議，后者被認(rèn)為是不穩(wěn)定的。建立這樣的宇宙如同將鉛筆豎立起來(lái)，在鉛筆處于最大穩(wěn)定狀態(tài)之前可以保持豎立的姿態(tài)，但最終還是會(huì)倒掉。因此，最成功的弦理論宇宙外形應(yīng)該如同科奈里斯·埃舍爾的抽象幾何，并且與為負(fù)數(shù)的宇宙常數(shù)能互相自洽。而史蒂芬霍金最新的研究表明廣義相對(duì)論的缺陷可能與弦理論有關(guān)。這篇論文由霍金和他的同事埃爾托格進(jìn)行的關(guān)于宇宙“波函數(shù)”與負(fù)宇宙常數(shù)的研究，其中涉及了宇宙加速膨脹之謎。
埃爾托格認(rèn)為宇宙“波函數(shù)”框架下的各種宇宙，與我們的宇宙一樣也存在加速膨脹現(xiàn)象，量子態(tài)也包括了各種各樣的宇宙，由于波函數(shù)的存在，加速膨脹的宇宙變成最有可能存在的宇宙。根據(jù)位于新澤西州普林斯頓高級(jí)研究院的科學(xué)家胡安·馬爾達(dá)切納（JuanMaldacena）介紹：“理解這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵在于將霍金研究小組提出的宇宙‘波函數(shù)’看做是一種弦理論的特定形式?！卑柾懈駝t認(rèn)為這是不僅是一個(gè)數(shù)學(xué)上連接，同時(shí)也是一個(gè)非常優(yōu)雅的關(guān)聯(lián)，將波函數(shù)與弦理論聯(lián)系在一起。
一旦他們認(rèn)為這樣的聯(lián)系被證明是正確的，那么霍金的研究小組則開(kāi)始嘗試將宇宙波函數(shù)與負(fù)宇宙常數(shù)整合到一起，他們有成分的理由認(rèn)為可以借用由弦理論提供的關(guān)于宇宙的數(shù)學(xué)圖形。然而，在以往的觀測(cè)中，我們的宇宙似乎是平坦的。對(duì)于這個(gè)疑問(wèn)，霍金的研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為這就如同牛頓定律可以用來(lái)解決我們?nèi)粘Ｉ钣龅降倪\(yùn)動(dòng)問(wèn)題，但是在宇宙大尺度結(jié)構(gòu)上就需要用到愛(ài)因斯坦的方程。
同理，在我們平常的觀測(cè)中，都是接觸到平坦的宇宙，看到平坦的空間，但最終還是要以類似科奈里斯·埃舍爾的超現(xiàn)實(shí)幾何形狀為準(zhǔn)。當(dāng)然，現(xiàn)在將這份研究成果進(jìn)行發(fā)表顯得為時(shí)過(guò)早，霍金研究小組的科學(xué)家希望能提出更為完善的弦理論宇宙模型，現(xiàn)階段的研究顯得過(guò)于簡(jiǎn)化，而接下來(lái)的細(xì)化擴(kuò)展將是該理論能否成功的關(guān)鍵。
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