著名女宇宙学家、理论物理学家、剑桥大学应用数学与理论物理系客座教授、北卡罗来纳大学教堂山分校教授、劳拉·梅尔西尼-霍顿(Laura Mersini-Houghton)的一本新书最近问世,书名为:《大爆炸之前:宇宙的起源及其背后的真相》。
这本书的有关书评
福布斯杂志评价这本书说,“呈现了一个在大爆炸之前的引人入胜的宇宙学故事……梅尔西尼-霍顿以一种在面向主流读者的书中很少展示的那种严谨的知识,解决了宇宙学中最棘手的问题……她应对如此极其复杂的问题值得称赞,以一种在她自己的生活和宇宙历史之间找到协同作用的材料。”
诺贝尔奖获得者彭罗斯评价这本书说,“劳拉·梅尔西尼-霍顿的《大爆炸之前》为她提出的关于可能支配我们宇宙爆炸起源的物理原理的有趣提议,提供了一个引人入胜的背景和潜在动机。”
布朗大学宇宙学教授、《宇宙的结构》和《对黑色宇宙的恐惧》书著者、斯蒂芬·亚力山大评价说,“来自世界上最著名的宇宙学家之一,《大爆炸之前》提供了对大爆炸以及超越它的量子多重宇宙的宏伟世界的见解。劳拉·梅尔西尼-霍顿的发现之旅的故事,......读起来很迷人。”
亚利桑那州大学物理教授、《什么在吞噬宇宙?:以及其他宇宙问题》一书作者、保罗·戴维斯评价说,“如果我们的宇宙,尽管它可能很大,但只是现实的一个无限小片段呢?这个‘多元宇宙’会是什么样子?会有什么影响?我们怎么可能检验这个想法?没有更好的指南比劳拉·梅尔西尼-霍顿的更神奇,她一直致力于寻找太空中暗示我们宇宙确实并不孤单的迹象。”
量子多元宇宙理论
梅尔西尼-霍顿是多元宇宙假说的支持者,也是量子多元宇宙起源理论的倡导者,该理论认为我们的宇宙是由物质和能量的量子引力动力学所选择的众多宇宙之一。她的一些理论预测已成功地被天体物理数据检验了。她认为,当前宇宙结构中的异常最好的解释是其他宇宙所施加的引力牵引。
梅尔西尼-霍顿在2004年至2006年间发表的一系列论文中,提出了宇宙起源于量子多元宇宙的理论,并做出了一系列可检验的预测,其中包括巨大虚空的存在。
2010年10月11日,梅尔西尼-霍顿出现在英国广播公司BBC的《大爆炸之前发生了什么》节目中,与受邀的著名物理学家彭罗斯、加来道雄、尼尔·图罗克、安德烈·林德、李·斯莫林等同台谈论宇宙的起源。她的宇宙理论提出,宇宙作为景观多元宇宙波函数(wave function on the landscape multiverse)。她的多元宇宙波函数理论方面的工作,在最近出版的多世界理论创立者休·艾弗雷特三世传记的结尾部分进行了讨论。最近,普朗克卫星实验成功地检验了她的预测。
2014年9月,梅尔西尼-霍顿声称在数学上证明,基于对黑洞防火墙的某些假设,当前的黑洞形成理论存在缺陷。她声称,霍金辐射导致恒星以某种速度释放质量,使其不再具有足以产生黑洞的密度。2015年,她与斯蒂芬-霍金一起在斯德哥尔摩组织了一次历史性会议,讨论这些基本主题。霍顿称,霍金后来几年受到她的量子多元宇宙理论的影响。
学界评价说,宇宙学目前是一个由男性宇宙学家主导的研究领域,作为一位独具创造性、卓有成效的女性宇宙学家,梅尔西尼-霍顿超越了社会和她的职业试图对她施加的限制。作为一名开创性的宇宙学科学家,她通过量子理论帮助改变了我们的宇宙研究。她让我们更好地了解,我们是一个更大的宇宙家族的一部分——一个多元宇宙——拥有我们才刚刚开始解开的奇迹。
霍顿与彭罗斯一起同台谈论宇宙的起源
学界认为,梅尔西尼-霍顿的开创性研究表明,我们身处在一个量子景观中,其景观峦峰中隐藏着众多的其他宇宙,甚至卧藏着存在本身起源的奥密。最近的证据揭示了我们自己的夜空中此类兄弟宇宙的特征,证实了梅尔西尼-霍顿的理论工作,并提供了令人感叹的证据,证明我们的宇宙只是一个无数的宇宙家族的一名成员。这是一位女性在多元宇宙中扩展思维、令人难以置信的科学传奇,将重塑我们在宇宙大爆炸之前人类对深不可测的浩瀚宇宙中的位置的认知。
“我们的宇宙是美丽宇宙中的一粒尘埃”
大爆炸创造了宇宙,那么,又是什么造成了大爆炸?这是天体物理学家一直想认知、而又难于认知的问题,这是这本书想让读者了解的基本问题。下面,是梅尔西尼-霍顿在接受采访时谈到有关这本书的记录择要,有助于了解书中的一些观点。
记者:您写道,本世纪初是进入宇宙学领域的好时机。为什么?
答:因为人们的认知进步了很多,我们第一次可以真正提出那些让我小时候着迷的大问题。有两个主要发现真正激发了这种好奇心。1998年,一群超新星天文学家发现宇宙中存在暗能量,实际上它是主要成分——这与大爆炸时存在的能量类型完全相同。
另一个是弦理论的理论发现。现在,弦理论的设计是为了实现爱因斯坦的毕生梦想,即用万物理论来解释一个单一的宇宙。但在2004年左右,弦理论最终形成了一个包含许多潜在能量的整体景观,这些能量可以启动像我们这样的宇宙。
记者:在书中,你描述了你在北卡罗来纳州咖啡店的一个灵光乍现的灵感时刻。你意识到了什么?
答:(诺贝尔奖获得者、物理学家)彭罗斯估计,我们的宇宙由大爆炸产生的可能性几乎为零(小编注:彭罗斯循环宇宙学说),这让我很感兴趣。我一直在剖析他基于热力学第二定律的论点,试图找出他是否做错了什么。然后我意识到,问题不在于实际的计算,而更多地在于我们的思维方式,我们需要从单宇宙到多宇宙的范式转变。
这就是我开始借用弦理论的景观来进行计算的地方。在咖啡店里,我想,好吧,我已经说服自己,我需要一个可供选择的许多可能的婴儿宇宙池,但我怎样才能得出答案,哪个是我们的呢?然后我意识到,嗯,当然是弦论领域里的量子力学。换句话说,将宇宙作为一种波,然后量子方程式会告诉我这个波会发生什么。
记者:随后进行了大量艰苦的数学工作。第一轮计算后你被难住了。你忽略了什么?
答:我错过了最重要的因素,那就是:这个方程的解不仅仅是一个分支或一个宇宙,这是一个完整的家庭。所以这些可能成长并成为宇宙的分支都是相互量子纠缠的。为了让每个在成长为经典宇宙时创造自己的身份,它们必须彼此脱钩。这在物理学中被称为退相干,或洗掉在经典物理学中没有任何对应物的任何量子纠缠痕迹。我没有考虑到这一点。
记者:一旦你的计算准备好了,你是如何进行测试的?
答:当宇宙分离过程发生时,就是宇宙微波背景(CMB)产生的时间点。因此,所有的大膨胀波都会因为这种纠缠而留下疤痕或凹痕,这些都会烙印在我们的宇宙微波背景上。这是我们可以计算出来的。所以我计算了不同分支之间的纠缠强度,以及纠缠消失的速度。这让我能够找出在大膨胀期间形成的纠缠会在我们的太空上留下多少凹痕或疤痕,然后快进到今天,预测那些非常大规模的异常会是什么样子。宇宙暴胀的关键预测之一是一切都均匀地洒在整个太空中。但现在,与其他宇宙纠缠所造成的伤痕正在改变或削弱这种一致性,在非常温和的范围内违反它。我们预测到了这些,它们被普朗克卫星在2013年看到了。
记者:那一定是一个令人惊叹的验证时刻。
答:是的。我认为那是人们开始更加关注所做的这项工作的时候。在那之前,人们一直认为,要超越我们的宇宙视界,我们必须打破光速,这是我们做不到的。所以如果我们不能测试多元宇宙,那为什么还要研究它呢?但是里奇·霍尔曼(Rich Holman)、高桥智隆(Tomo Takahashi )和我证明了,你不需要离开这个宇宙,你实际上可以在太空中找到所有的痕迹。就在那时,整个领域突然发生了变化,每个人都在研究多元宇宙。
记者:你认为多元宇宙现在会是主流吗?
答:哦,绝对的。许多伟大的头脑都在努力。罗杰-彭罗斯有他自己的多元宇宙理论。斯蒂芬-霍金在他生命的最后几年开始研究多元宇宙。无论我往哪里看,突然间许多人都得到了多元宇宙的某种版本。
记者:多元宇宙是一个令人难以置信的概念。你经常想到外面的其他宇宙吗?
答:是的,我愿意这么想。从某种意义上说,它是哥白尼原理最自然的延伸,因为曾经我们认为地球是宇宙的中心,然后认为太阳系、或我们的银河系是宇宙的中心。而现在我们发现,我们的宇宙,也只是一个微小的颗粒,只是在一个更加复杂与美丽的宇宙中的一粒尘埃。这对我来说更有意义。
记者:其他宇宙是否会有可能孕育生命?
答:绝对地。我和密歇根大学的天体物理学家弗瑞德·亚当(Fred Adams)一起决定找出,是否宇宙结构会在与我们的条件截然不同的宇宙中形成。我们发现,你可以将牛顿常数改变六个数量级,你可以对普朗克常数做同样的事情,并且仍然可以在其他宇宙中获得孕育生命的可能。事实上,我们的宇宙似乎只能在边界上宜居。我们正处于可宜居和不可宜居之间的边缘。
记者:你欣赏你所写的这本书吗?一步一步地回顾你的工作是否令人满意?
答:是和不是。最初,我很高兴能与公众分享这种我对研究的热情和兴奋。但随后有人推动着我,让我分享越来越多的个人事情。而现在,对我的生活一无所知的同事们,突然间可以发现这一切。那是一种奇怪的感觉。
下面是英国皇家研究院录制的劳拉·梅尔西尼-霍顿关于她的新书主要观点的简要讲解视频,以供参考:
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#多元宇宙#
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