時間簡史The Origin and Fate of the Universe (part 3)－8

The Brief History of Time—Stephen Hawking

 

8－The Origin and Fate of the Universe (part 3)

 

 

宇宙的膨脹原理非常重要，因為它預示了宇宙一開始的形成並不需要上帝的幹預。但是如果宇宙是以big bang singulariaty 為起點，我們就不能用人類原理學或廣義相對論來分析它的起始狀態，同樣，膨脹原理也不能用來解釋為什麽宇宙的起始會與我們現在觀察到的狀態如此不同。

 

根據廣義相對論，在時間的起點，宇宙密度無限大，在萬有引力的巨大作用下無限的space-time（時空）呈弧形狀態。因為萬有引力在開始的巨大作用，我們必須把萬有引力量子化，也就是說，用量子力學來討論宇宙的起始。

 

如何把萬有引力和量子力學完美地結合，形成一個重力場的量子力學定律（quantum theory of gravity），我們還有很遠的路要走。首先，為了便於建立對space-time的數學模型分析，我們在space-time加上時間軸使之成為四維空間，這個四維空間稱為Euclidean, 以紀念創建二維空間的希臘數學家Euclid。在這個space-time四維空間中, 時間和空間之間的區別已不複存在，虛擬時間和真實時間在空間的方向度上也難以分別。

 

其次，這個定律必須包含愛因斯坦在重力場對時空的觀點，也就是說，space-time的弧形由重力場造成，粒子和它相近的粒子之間的運動軌跡遵循它們之間的直線，但是在space-time中由於重力場的作用表現為彎曲的弧線。

 

由於廣義相對論是建立在實際存在的space-time之上，它對於宇宙的存在隻有兩種預測：要麽宇宙的存在具有時間的無限性，要麽宇宙起始於有一個時間開端的singularity奇點。而重力場的量子力學定律則提出了另一種可能：有可能space-time在廣度上是有限的，但是卻沒有以singularities為邊界。Space-time就像我們地球的表麵，地球的表麵是有限的但是它卻沒有邊界或者奇點！

 

在這個重力的量子力學下建成的無邊界宇宙模型，我們可以把它想象成一個四維的地球，宇宙起源於北極的一個點，當它逐漸向南移的時候，它的緯度逐漸變大。當宇宙擴張到一個最大值時，就像到達地球的赤道，從那時起宇宙開始逐漸縮小，最終到達南極。雖然宇宙在北極和南極的大小都是零，因為沒有邊界和奇點，科學原理仍然適用。

 

由於沒有邊界和奇點，重力的量子力學暗示了宇宙的起源不需要上帝在邊界或奇點創造宇宙！我們可以說，宇宙的邊界其實是沒有邊界，宇宙完全是靠自己自我形成，而不是依靠外在的力量。它既沒有被創造，也不會被毀滅，它就是“be”。