Astronomy 版 (精华区)

发信人: reise (疼你的责任), 信区: Astronomy
标  题: 霍金无边界条件的量子宇宙论
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年05月14日22:04:21 星期三), 站内信件

　　霍金在1982年提出了一种既自洽又自足的量子宇宙论。在这个理论中，宇宙中
的一切在原则上都可以单独地由物理定律预言出来，而宇宙本身是从无中生有而来
的。这个理论建立在量子理论的基础之上，涉及到量子引力论等多种知识。

　　在他的理论中，宇宙的诞生是从一个欧氏空间向洛氏时空的量子转变，这就实
现了宇宙的无中生有的思想。这个欧氏空间是一个四维球。在四维球转变成洛氏时
空的最初阶段，时空是可由德西特度规来近似描述的暴涨阶段。然后膨胀减缓，再
接着由大爆炸模型来描写。这个宇宙模型中空间是有限的，但没有边界，被称作封
闭的宇宙模型。

　　从霍金提出这个理论之后，几乎所有的量子宇宙学研究都是围绕着这个模型展
开。这是因为它的理论框架只对封闭宇宙有效。

　　如果人们不特意对空间引入人为的拓扑结构，则宇宙空间究竟是有限无界的封
闭型，还是无限无界的开放型，取决于当今宇宙中的物质密度产生的引力是否足以
使宇宙的现有膨胀减缓，以至于使宇宙停止膨胀，最后再收缩回去。这是关系到宇
宙是否会重新坍缩或者无限膨胀下去的生死攸关的问题。

　　可惜迄今的天文观测，包括可见的物质以及由星系动力学推断的不可见物质，
其密度总和仍然不及使宇宙停止膨胀的1/10。不管将来进一步的努力是否能观测到
更多的物质，无限膨胀下去的开放宇宙的可能性仍然呈现在人们面前。

　　可以想象，许多人曾尝试将霍金的封闭宇宙的量子论推广到开放的情形，但始
终未能成功。今年2月5日，霍金及图鲁克在他们的新论文“没有假真空的开放暴涨
”中才部分实现了这个愿望。他仍然利用四维球的欧氏空间，由于四维球具有最高
的对称性，在进行解析开拓时，也可以得到以开放的三维双曲面为空间截面的宇宙
。这个三维双曲面空间遵循爱因斯坦方程继续演化下去，宇宙就不会重新收缩，这
样的演化是一种有始无终的过程。

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