在他3月14日去世的前几天，著名的理论物理学家和宇宙学家斯蒂芬·霍金完成了他最后的研究论文。最初是通过arXiv预印本服务提供的，它通过了同行评审并成为发表在《高能物理杂志》网络版上4月27日。
这篇论文是与比利时鲁汶大学的理论物理学家托马斯·赫托格(Thomas Hertog)合著的，为我们对所处宇宙的理解增加了另一个方面。不用说，这很复杂。这本名为《从永恒膨胀中顺利退出?》的出版物讨论了宇宙学家面临的一个谜一样的问题。
但在我们深入研究这个研究的关键之前，让我们先回到我们的宇宙还是个婴儿的时候——大约138亿年前。
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大爆炸和通货膨胀
很多证据表明，我们的宇宙起源于一个奇点，一个密度无限的点，我们所知道的所有宇宙都是在这里诞生的。我们称这个事件为大爆炸．但是奇点是如何形成的以及为什么会发生大爆炸，现在还不重要。我们感兴趣的是我们的宇宙诞生后发生了什么，这一时期被称为“膨胀”。
宇宙学家预测，暴胀发生在大爆炸之后的一小段时间内，或者说在我们宇宙的前10个时期内-32年秒!在膨胀过程中，宇宙以指数形式膨胀比光的速度．仅过了一秒钟，这场难以置信的巨大爆炸产生的能量就浓缩成亚原子粒子，经过数百万年的时间，亚原子粒子创造了恒星、星系、行星和(38亿年之后)生命。一旦这个膨胀期结束，宇宙的膨胀速度就会减缓，但直到今天它还在继续膨胀。
因为膨胀是一种比光速还快的膨胀，所以我们今天看到的“可观测宇宙”并不是整个宇宙。相反，我们只是存在于光有时间到达的宇宙区域内。这就像把一颗鹅卵石扔进平静的游泳池。溅起的水花形成的第一个圆形波纹以固定的速度在泳池表面传播。如果我们把可观测宇宙的极限想象成波纹——以光速穿过水池——并不是说在波纹之外什么都不存在(在波纹之外还有更多的水池或宇宙)，我们只是还看不见而已。
因此，膨胀的结果是，在我们用最强大的望远镜所能看到的宇宙之外，应该还有更多的宇宙。
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进入多元宇宙
宇宙学家长期以来一直在努力研究一种可能性，即我们的宇宙不是只有宇宙。事实上，我们可能只是无限泡沫海洋中的一个泡泡，这个概念被称为"多元宇宙“你看，通货膨胀没有发生过一次;这是总是通过被称为“永恒膨胀”的无限巨大连锁反应发生。一个宇宙会出现，暴胀会取代它，膨胀它，这个宇宙会有它自己的量子不稳定性会产生更多的奇点，然后创造出更多的宇宙。这就像吹一个派对气球，气球本身又会产生许多其他的派对气球，这些气球看似随机地从气球的橡胶表面喷发出来。这种情况听起来很混乱，确实如此。这一假设的支持者认为，永恒的膨胀是不可阻挡的，极其复杂，并不断产生新的宇宙。这种情况的数学计算表明多元宇宙就像分形．
值得注意的是，在多元宇宙中，每个连续的宇宙不太可能共享相同的物理我们的宇宙。一个宇宙可能没有引力。另一种可能不支持将物质凝聚在一起的力量。有很多胎死腹中的宇宙都没什么大不了的。我们人类只是很幸运，有一个宇宙有合适的环境来创造我们所看到的，这是一个哲学论点，叫做人择原理．
永恒膨胀的问题在于它是混乱且无限的，而这个假设最终是无法验证的。如果我们至少不能找到一些支持多元宇宙假说的观测证据，那么拥有一个完美的宇宙(或宇宙)数学模型又有什么意义呢?
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霍金不是多元宇宙的粉丝
那么，霍金和赫托格的研究与这个无情的多元宇宙有什么关系呢?
在多元宇宙中，我们的宇宙只是一个小宇宙，在那里膨胀已经结束，尽管有很多可能性，它还是平静地创造了大量的恒星和星系，一群人生活在一些随机的岩石上思考着宇宙。然而，在我们平静的口袋之外发生的事情有些不同。
霍金在一篇文章中说:“通常的永恒膨胀理论预测，从全球来看，我们的宇宙就像一个无限的分形，由不同的口袋宇宙拼接而成，被膨胀的海洋分隔开。去年面试．“不同口袋宇宙的物理和化学局部定律可能不同，它们一起将形成一个多元宇宙。但我从来不是多元宇宙的粉丝。如果多元宇宙中不同宇宙的规模是大的或无限的，这个理论就无法被验证。”
根据霍金和赫托格的说法，问题在于爱因斯坦的广义相对论(主导宇宙的进化)和量子力学(通过量子涨落为新宇宙的诞生播下种子)的不相容。多重宇宙的永恒膨胀模型“抹去了经典物理学和量子物理学之间的分离，”Hertog在《科学》杂志中说附带的新闻稿．“结果，爱因斯坦的理论在永恒的膨胀中崩溃了。”
他们的研究还没有达到调和广义相对论和量子物理学的程度(到目前为止，这个探索还没有成功)，但他们使用了弦理论的数学来帮助简化多元宇宙模型。简单回顾一下:弦理论预测，我们宇宙中的所有亚原子粒子实际上都是由穿越空间的一维弦组成的。这些弦的振动状态赋予了这些粒子量子状态(如电荷、自旋和质量)。但弦理论也预测了假设的引力子的存在，引力子是一种携带引力的量子粒子。因此，弦理论将为爱因斯坦的广义相对论(引力)如何与量子物理学相一致提供一种解释。
利用弦理论的数学框架，本研究简化了多重宇宙。霍金和赫托格利用全息术的弦理论概念，将我们的三维宇宙缩小到一个二维的“表面”，从这个“表面”投射出我们所了解和喜爱的宇宙。通过这样做，他们能够在没有广义相对论的情况下描述永恒的暴涨，创造出一种“永恒的状态”。
Hertog在一篇文章中说:“当我们追溯我们的宇宙在时间上的进化时，在某个时刻，我们会到达永恒膨胀的门槛，在那里，我们熟悉的时间概念不再有任何意义。声明．
数学是复杂的，但结果是有趣的。这些计算的效果是，将无限和分形多重宇宙变成一个远比永恒膨胀所预测的更简单(和有限)的情况。
霍金说:“我们不能把宇宙归结为一个单一的、独特的宇宙，但我们的发现意味着多元宇宙的显著减少，可能存在的宇宙范围要小得多。”
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我们如何测试它?
从这个角度来看，霍金的最后一篇论文并没有彻底改变我们对宇宙(以及多元宇宙)如何运作的理解，但它对一个庞大的理论研究领域是有价值的补充。具体来说，Hertog希望这项研究可以帮助我们寻找古代引力波是由永恒的膨胀产生的。然而，这些时空涟漪对于目前的引力波探测器来说太微弱了，无法探测到。我们需要等到先进的天基天文台，比如计划中的欧洲航天局丽莎的使命——启动。
无论这项研究是否会对我们所居住的宇宙带来突破性的发现，这都是对一位伟大科学家的证明，他不知疲倦地工作了一生，以回答人类一直在思考的一些最大问题。在霍金的肩膀上，其他伟大的头脑将以这项工作为基础，满怀希望地破译我们的宇宙是否是唯一的——或者它是否是一个混乱地漂浮在多元宇宙海洋中的气泡。
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