“現(xiàn)代宇宙學”是一門天文學和物理學的交叉學科,它從整體的角度研究宇宙的結(jié)構(gòu)、運動和演化,其中“宇宙起源”是最為核心、最為迷人的一個問題。上世紀初期,比利時的天文學家勒梅特.喬治斯(Lemaitre Georges)提出了真正意義上的“膨脹宇宙模型”,此后,美國天文學家愛德文.哈勃(Edwin Hubble)和助手彌爾頓.赫馬森(Milton Humason)發(fā)現(xiàn)遠方星系的譜線均有紅移,而且距離越遠、紅移越大,進而他們得出了一個重要結(jié)論,也就是其他星系正遠離銀河系而去,證實了勒梅特.喬治斯的“膨脹宇宙模型”。
基于勒梅特.喬治斯和愛德文.哈勃的貢獻,美國物理學家喬治.伽莫夫(George Gamow)等人提出了“熱大爆炸宇宙模型”,且微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)證實了喬治.伽莫夫等人的觀點,所以熱大爆炸宇宙模型成了標準宇宙模型。熱大爆炸宇宙模型、以及“大爆炸宇宙論”認為,人類所在的宇宙誕生于一個致密熾熱的奇點,奇點在137億年前發(fā)生了一次大爆炸、且一直膨脹著。不過,熱大爆炸宇宙模型留下了一系列棘手的問題,比如“奇點究竟是什么”、“它從何而來”、以及“哪兒來的潛在能量導致奇點發(fā)生了大爆炸”等等,為了解決這一系列的問題,著名物理學家斯蒂芬、霍金提出了一種名為“無邊界假設”的理論。
(宇宙)
1981年,世界上一流的宇宙學家們匯聚在梵蒂岡的宗座科學院(The pontifical academy of sciences),聆聽39歲的物理學家斯蒂芬.霍金進行一次開創(chuàng)性的演講,他認為,人類所在的宇宙存有一些非常特殊的邊界條件,最為特殊的一個邊界條件就是“根本沒有邊界”,這意味著宇宙并沒有“起點”、也沒有“終點”。此后的1983年,斯蒂芬.霍金與合作伙伴詹姆斯.哈特爾(James Hartle)一同提出了“無邊界宇宙假設”,認為這一有限的宇宙并無邊界,它保持著“自洽”和“自足”的狀態(tài),包容了萬事萬物,而宇宙之外不存在任何東西、關(guān)于宇宙之外的問題也毫無意義。
斯蒂芬.霍金把宇宙的形態(tài)比擬為一個倒立的羽毛球,羽毛球的球頭是直徑為0的最低點、羽毛球的球毛自下而上的漸漸變寬,依據(jù)無邊界宇宙假設,宇宙從一個尺度為“0”的點上膨脹開來。斯蒂芬.霍金為了描述宇宙的形態(tài),推導出一個名為“宇宙波函數(shù)”(wave function of the universe)的方程,概括了宇宙的誕生和演化過程,且把“創(chuàng)世神”、“宇宙誕生之前”等等設想排除在外。斯蒂芬.霍金認為,追問宇宙大爆炸之前有什么東西,這樣的做法是毫無意義的,因為宇宙大爆炸之前尚不存在可供參照的“時間”。
(宇宙)
斯蒂芬.霍金和詹姆斯.哈特爾提出的“無邊界宇宙假設”理論,重新定義了“時間”這一重大概念,宇宙中流逝的一分一秒,都是這個“羽毛球”的一個橫截面,而“時間”描述了各個橫截面尺寸之間的關(guān)聯(lián)。加拿大的宇宙學家尼爾.圖洛克(Neil Turok)認為,無邊界宇宙假設是一個精妙的理論,它不僅僅啟迪了多位物理學家,還帶來了宇宙學領(lǐng)域中的一大猜想——即“宇宙波函數(shù)”——不久之后,“量子宇宙學”這一學科橫空出世、且漸漸興盛起來。
(宇宙)
小考題:你認為宇宙是否存在著“起點”和“終點”呢?
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