騰訊科技訊 據(jù)國外媒體報道，英國著名的物理學(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)可能會讓埃舍爾的藝術(shù)迷十分喜悅。但是霍金的研究團隊認為關(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算問題，該方法在之前被認為是不可能進行的。如果這個模型成功建立起來，那么我們將可以用它解釋宇宙是如何從大爆炸中“撐”起來，并將統(tǒng)一了引力和量子力學(xué)。根據(jù)位于比利時的天主教魯汶大學(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，我們可以通過觀察科奈里斯?埃舍爾藝術(shù)家的幾何圖像來知曉，復(fù)雜糾纏的幾何模型似乎與我們之前認為的宇宙外形大相徑庭。
如果要用語言來形容宇宙的形狀，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，同時也與美國工程師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有限面積的單位圓中產(chǎn)生無限延展和遞增的感覺。盡管這些幾何藝術(shù)作品都是在以二維空間進行描繪，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)圖案大小并沒有縮小，而是相同的。由于雙曲空間并不能平鋪，我們就會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)家在此之前通過精確測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，并沒有出現(xiàn)扭曲的跡象。為什么弦理論預(yù)測的宇宙外形與實際觀測的宇宙空間并不符合呢？科學(xué)家認為這可能是因為宇宙中還存在一個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，但是根據(jù)愛因斯坦的廣義相對論的數(shù)學(xué)表達，我們知道其可用于描述宇宙膨脹。
我們所掌握僅是一個扭曲的時空、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、還有一個與暗能量有關(guān)的宇宙常數(shù)。這個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。從上個世紀八十年代開始，史蒂芬霍金與埃爾托格試圖通過尋找量子宇宙的拼圖來繞開廣義相對論的缺陷。
在量子力學(xué)中，薛定諤方程解出的波函數(shù)可以描述一個量子級物體所有可能的狀態(tài)，并將其導(dǎo)向概率問題。史蒂芬霍金與埃爾托格尋找的目標正是一個類似的波函數(shù)，通過其我們可以發(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)生無數(shù)個“可能的宇宙”，有的宇宙存演化出了生命，有的宇宙歸于死寂，其中有一個宇宙中演化出了太陽系，在該行星系統(tǒng)中出現(xiàn)的智慧生物被稱為人類，每個可能的宇宙中會出現(xiàn)不同的生命進化模式。
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議，后者被認為是不穩(wěn)定的。建立這樣的宇宙如同將鉛筆豎立起來，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行的關(guān)于宇宙“波函數(shù)”與負宇宙常數(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研究院的科學(xué)家胡安?馬爾達切納（JuanMaldacena）介紹：“理解這個問題的關(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認為這是不僅是一個數(shù)學(xué)上連接，同時也是一個非常優(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始嘗試將宇宙波函數(shù)與負宇宙常數(shù)整合到一起，他們有成分的理由認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，在以往的觀測中，我們的宇宙似乎是平坦的。對于這個疑問，霍金的研究團隊認為這就如同牛頓定律可以用來解決我們?nèi)粘?a href='http://portlandfoamroofing.com/rensheng/shenghuo/' target='_blank'>生活遇到的運動問題，但是在宇宙大尺度結(jié)構(gòu)上就需要用到愛因斯坦的方程。
同理，在我們平常的觀測中，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)實幾何形狀為準。當然，現(xiàn)在將這份研究成果進行發(fā)表顯得為時過早，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)階段的研究顯得過于簡化，而接下來的細化擴展將是該理論能否成功的關(guān)鍵。
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