时间简史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)

 

 

宇宙的膨胀原理非常重要，因为它预示了宇宙一开始的形成并不需要上帝的干预。但是如果宇宙是以big bang singulariaty 为起点，我们就不能用人类原理学或广义相对论来分析它的起始状态，同样，膨胀原理也不能用来解释为什么宇宙的起始会与我们现在观察到的状态如此不同。

 

根据广义相对论，在时间的起点，宇宙密度无限大，在万有引力的巨大作用下无限的space-time（时空）呈弧形状态。因为万有引力在开始的巨大作用，我们必须把万有引力量子化，也就是说，用量子力学来讨论宇宙的起始。

 

如何把万有引力和量子力学完美地结合，形成一个重力场的量子力学定律（quantum theory of gravity），我们还有很远的路要走。首先，为了便于建立对space-time的数学模型分析，我们在space-time加上时间轴使之成为四维空间，这个四维空间称为Euclidean, 以纪念创建二维空间的希腊数学家Euclid。在这个space-time四维空间中, 时间和空间之间的区别已不复存在，虚拟时间和真实时间在空间的方向度上也难以分别。

 

其次，这个定律必须包含爱因斯坦在重力场对时空的观点，也就是说，space-time的弧形由重力场造成，粒子和它相近的粒子之间的运动轨迹遵循它们之间的直线，但是在space-time中由于重力场的作用表现为弯曲的弧线。

 

由于广义相对论是建立在实际存在的space-time之上，它对于宇宙的存在只有两种预测：要么宇宙的存在具有时间的无限性，要么宇宙起始于有一个时间开端的singularity奇点。而重力场的量子力学定律则提出了另一种可能：有可能space-time在广度上是有限的，但是却没有以singularities为边界。Space-time就像我们地球的表面，地球的表面是有限的但是它却没有边界或者奇点！

 

在这个重力的量子力学下建成的无边界宇宙模型，我们可以把它想象成一个四维的地球，宇宙起源于北极的一个点，当它逐渐向南移的时候，它的纬度逐渐变大。当宇宙扩张到一个最大值时，就像到达地球的赤道，从那时起宇宙开始逐渐缩小，最终到达南极。虽然宇宙在北极和南极的大小都是零，因为没有边界和奇点，科学原理仍然适用。

 

由于没有边界和奇点，重力的量子力学暗示了宇宙的起源不需要上帝在边界或奇点创造宇宙！我们可以说，宇宙的边界其实是没有边界，宇宙完全是靠自己自我形成，而不是依靠外在的力量。它既没有被创造，也不会被毁灭，它就是“be”。