作為開(kāi)創(chuàng )性的物理學(xué)家，史蒂芬·霍金在去世之前為世人留下了一筆閃爍著(zhù)理性光輝的理論遺產(chǎn)：他與來(lái)自KU Leuven比利時(shí)魯汶大學(xué)的Thomas Hertog托馬斯·赫托格合著(zhù)的最后一篇論文詳細地闡述了他關(guān)于宇宙起源的終極理論。

前不久發(fā)表在《高能物理學(xué)雜志》上的論文提出，宇宙的結構比現在流行的多重宇宙理論所暗示的還要復雜得多。

它基于一種名為永恒暴脹的概念，首先見(jiàn)于1979年，并于1981年整理成論文出版。

大爆炸后，宇宙經(jīng)歷了指數級別的暴脹時(shí)期。然后它減緩了膨脹的速度，把能量轉化為物質(zhì)和熱輻射。然而，根據永恒暴脹理論，一些空間泡沫的膨脹或減速膨脹停止了下來(lái)，從而形成了靜態(tài)空間的小分形死角。同時(shí)，在其他空間泡沫中，由于量子效應，暴脹從未結束——形成無(wú)限數量的多元宇宙。

根據這一理論，我們在可觀(guān)察到的宇宙中看到的一切都只存在于其中的一個(gè)時(shí)空泡沫中——暴脹已經(jīng)停止的時(shí)空泡沫，其內部才能形成恒星和星系。

“一般的永恒暴脹理論預言說(shuō)，我們的宇宙就像一個(gè)無(wú)限的分形，由不同的口袋宇宙鑲嵌在一起，被始終向外延伸的暴脹海洋所阻隔，”霍金解釋說(shuō)，“從一個(gè)口袋宇宙到另一個(gè)口袋宇宙，局域的物理和化學(xué)規律可以有所不同，它們一起構成多元宇宙，但我從來(lái)不是多元宇宙的粉絲，如果多元宇宙中的不同宇宙的尺度過(guò)大或乃至達到無(wú)限，就會(huì )讓我們失去檢驗理論的能力?！?/p>

即使是永恒暴脹模型最早的提出者之一，近年來(lái)也開(kāi)始反對他自己的模型。

普林斯頓大學(xué)的物理學(xué)家保羅·斯坦哈特公開(kāi)發(fā)表學(xué)術(shù)意見(jiàn)，認為該理論只是接受了它本該要解決的問(wèn)題，而沒(méi)有給出問(wèn)題的答案——使宇宙與我們的觀(guān)測一致，所以我們最好找個(gè)新的模型來(lái)取代它。

霍金和赫托格現在都表示永恒暴脹模型是錯誤的。這是因為愛(ài)因斯坦的廣義相對論在量子尺度上被打破了。

“通常的暴脹理論的問(wèn)題是，它假定現有的背景宇宙是根據愛(ài)因斯坦的廣義相對論發(fā)展而來(lái)的，并將量子效應看作是背景環(huán)境里的噪音?！焙胀懈窠忉尩??！叭欢?，永恒暴脹的推動(dòng)力打破了古典和量子物理學(xué)之間的藩籬，結果，愛(ài)因斯坦的理論在永恒暴脹中就不再使用了?！?/p>

新理論基于弦論，而弦論試圖通過(guò)用微小的振動(dòng)的一維弦替換粒子物理中的點(diǎn)狀粒子來(lái)調和廣義相對論和量子理論的矛盾。

在弦論中，全息原理提出，可以通過(guò)占據一定體積的空間的低維邊界上獲取空間內部的所有信息；所以宇宙就像一幅全息圖，其中三維空間中的物理現實(shí)在數學(xué)上和它們表面上的二維投影并無(wú)二致。

研究人員為全息原理開(kāi)發(fā)出了一種變體，它刻畫(huà)了暴脹的時(shí)間維度，這使得他們能夠清晰地描述相關(guān)概念而不必依賴(lài)于廣義相對論。

這使得他們能夠在宇宙開(kāi)始的時(shí)候，在數學(xué)上將永恒的暴脹降低到空間表面上恒定的狀態(tài)——永恒暴脹宇宙的全息圖。

赫托格說(shuō)：“當我們追溯宇宙的演化時(shí)間表時(shí)，在某個(gè)時(shí)刻，我們到達了暴脹的門(mén)檻，我們熟悉的時(shí)間概念就不再有任何意義?！?/p>

1983年，霍金和另一位物理學(xué)家研究員詹姆斯·哈特勒提出了所謂的“無(wú)邊界理論”或“哈特爾-霍金狀態(tài)”。他們提出，在大爆炸之前，有空間，但沒(méi)時(shí)間。所以當宇宙開(kāi)始時(shí)，它從一個(gè)點(diǎn)向外擴張，但沒(méi)有時(shí)間起點(diǎn)。

根據新理論，早期宇宙應該存在一個(gè)邊界，這使得霍金和赫托格得出了關(guān)于宇宙結構的更可靠的理論推斷。

霍金說(shuō)：“我們預測我們的宇宙在最大尺度上是相當平滑和全局有限的，所以它不是分形結構?！?/p>

這一結果，與多元宇宙并無(wú)沖突，但將它們的規模降低到了一個(gè)更小的范圍——這意味著(zhù)在未來(lái)可能更容易通過(guò)實(shí)驗來(lái)驗證多元宇宙理論的正誤，如果這項工作可以被其他物理學(xué)家重復和證實(shí)的話(huà)。

赫托格計劃通過(guò)尋找可能由永恒暴脹產(chǎn)生的引力波來(lái)對其進(jìn)行測試。

這種引力波的漣漪規模過(guò)大而無(wú)法被LIGO探測到，但未來(lái)的引力波干涉儀，如天基LISA，以及未來(lái)宇宙微波背景的研究都可能發(fā)現它們存在的證據。