返回第21章 宇宙的起源和命运(4)(第2/3页)  时间简史首页

关灯 护眼     字体:

上一页 目录 下一页

道处会达到最大的尺度,并且随着虚时间的继续增加而收缩,最后在南极收缩成一点。尽管宇宙在南北二极的尺度为零,但是这些点不是奇点,它们并不比地球上的北南二极更奇异。科学定律在它们那里有效,正如同它们在地球上的南北二极有效一样。

    然而,宇宙的历史在实的时间里显得非常不一样。大约在100亿年或200亿年以前,它有一个最小的尺度,它等于历史在虚时间里的最大半径。在后来的实时间里,宇宙就会像由林德设想的混沌暴胀模型那样地膨胀(但是现在人们不必假定宇宙以某种方式从一类合适的状态产生出来)。宇宙会膨胀到一个非常大的尺度,并最终重新坍缩成为在实时间里看起来像是奇点的一个东西。这样,在某种意义上说,即使我们躲开黑洞,仍然是注定要毁灭的。

    只有当我们按照虚时间来描绘宇宙时才不会有奇点。

    如果宇宙确实处在这样的一个量子态,宇宙在虚时间里就没有奇点。因此,我近期的工作似乎使我早期研究奇点的工作成果完全付之东流。但是正如上面指出的,奇点定理的真正重要性在于,它们指出引力场必然会强到不能无视量子引力效应的程度。这接着导致也许在虚时间里宇宙的尺度有限但没有边界或奇点的观念。然而,当人们回到我们生活其中的实时间时,那里仍会出现奇点。陷进黑洞的那位可怜的航天员的结局仍然是极可悲的;只有当他在虚时间里生活,才不会遭遇到奇点。

    上述这些也许暗示所谓的虚时间才是真正的实时间,而我们叫做实时间的东西恰恰是子虚乌有的空想的产物。

    在实时间中,宇宙具有开端和终结的奇点,这奇点构成了科学定律在那里失效的时空边界。但是,在虚时间里不存在奇点或边界。所以,很可能我们称作虚时间的才真正是更基本的观念,而我们称作实时间的反而是我们臆造的,它仅仅有助于我们描述我们认为的宇宙模样,如此而已。

    但是,按照我在第一章描述的方法,科学理论只不过是我们用以描述自己观察的数学模型:它只存在于我们的头脑中。所以去问诸如这样的问题是毫无意义的:“实的”或“虚的”时间,哪一种是实在的?这仅仅是哪一种描述更为有用的问题。

    人们还可以利用对历史求和以及无边界设想去发现宇宙的哪些性质很可能发生。例如,人们可以计算,当宇宙具有现在密度的某一时刻,在所有方向上以几乎同等速率膨胀的概率。在迄今已被考察的简化的模型中,发现这个概率是高的;也就是说,无边界设想导致一个预言,即宇宙现在在每一方向的膨胀率几乎相同是极其可能的。这与微波背景辐射的观测相一致,它指出在任何方向上具有几乎完全同样的强度。如果宇宙在某些方向比其他方向膨胀得更快,一个附加的红移就会减小那些方向辐射的强度。

    人们正在研究无边界条件的进一步预言。一个特别有趣的问题是,早期宇宙中物质密度对其均匀密度的小幅度偏离。这些偏离首先引起星系,然后是恒星,最后是我们自身的形成。不确定性原理意味着,早期宇宙不可能是完全均匀的,因为粒子的位置和速度必定存在一些不确定性或起伏。利用无边界条件,我们发现,在事实上,宇宙必须恰好从由不确定性原理允许的最小可能的非均匀性开始。然后,正如在暴胀模型中预言的一样,宇宙经历了一段快速膨胀时期。在这个期间,初始的非均匀性被放大到足以解释在我们周围观察到的结构的起源。1992年宇宙背景探险者卫星(COBE)首次检测到微波背景随方向的非常微小的变化。这种非均匀性随方向的变化方式似乎和暴胀模型以及无边界设想的预言相符合。这样,在卡尔,波普的意义上,无边界设想是一种好的科学理论:它可以被观测证伪,但是它的预言却被证实了。在一个各处物质密度稍有变化的膨胀宇

『加入书签,方便阅读』

上一页 目录 下一页