近日在国外许多官方媒体和科学家的个人主页上,讨论最多的一个新观点就是斯蒂芬·霍金提出的那种全新描述宇宙的方式。相比于该理论本身的匪夷所思,科学家们更关心的是:它真的有潜力打造出那“涵盖一切”的物理学终极理论吗?
据英国《新科学家》在线版、美国《纽约时报》旗下About网站等文章称,当世最鼎鼎大名的物理学家、宇宙学家霍金和他的同事日前在公开的学术论文网ArXiv上登出了一个新理论模型,几乎瞬时就引起了人们的关注与好奇。该理论乍听之下令人迷惑不已——其指出:宇宙空间可能更倾向于是一种复杂的几何形状,扭曲纠缠的特征简直不亚于一幅超现实主义艺术作品,譬如说,荷兰艺术大师埃舍尔的笔下世界。
但人们也已知道,对宇宙大爆炸残存的“回声”——宇宙背景微波辐射的测量以及对超新星的测定,能得出我们的宇宙是平坦的而非扭曲的这一结论。看似相悖的一切是怎么回事?
科学家们的“艺术魂魄”
霍金的观点一抛,先是让埃舍尔的拥趸十分喜悦。
M·C·埃舍尔,已故荷兰图形艺术家,艺术作品独树一帜。尽管名字生僻,但很多人都对其画作有印象——在平面上循环成了永动机的瀑布、永远也走不到头的楼梯、错了位的建筑……以致经常被当做视觉幻象的典范:画面从各部分看无可挑剔,整体观摩却发现它把我们耳熟能详的物理规律放肆地蹂躏了——那是一个“不可能的世界”。
矛盾而荒谬,高难度构成,在二维和三维中相互变换,就是埃舍尔最擅长创造的。这位和毕加索同时代的人在艺术国度里自成一派,却被一众科学家引为知己。他画作之魂是数学独有的匀称、精确、规则与循序。也有人认为,埃舍尔代表了非欧几何(广义上泛指一切和欧几里得几何学所不同的几何)的空间感知觉,其基本特征就是空间的弯曲。
而此次霍金大师“瞄准”的,正是埃舍尔带有非欧几何意味的《圆形极限Ⅳ》这幅作品。
宇宙形态之“不拘一格”
自上世纪80年代开始,霍金和他来自加州大学的合作者詹姆斯·哈特尔一直致力于找寻一种描绘整个宇宙量子图景的方法。目前的研究成果,就是这些广受争论的图像,看上去都是由重复出现的碎片所组成的棋盘状花纹,恰似埃舍尔《圆形极限Ⅳ》中那些首尾相连的黑魔鬼蝙蝠和白天使一样。
尽管《圆形极限Ⅳ》是张平面图形,但是却代表着一种少有被提及的、被称作“双曲空间”的非欧几何学。它就像我们的世界地图——虽然是一张二维平面,事实上却是在描述三维空间中的地球一样。
有了以上的理解,再参照《圆形极限Ⅳ》来看,虽然图画边缘的蝙蝠,貌似是在按照一定的指数不断变小,但在双曲空间中,它们的大小都是一样的。之所以会呈现出大小不一的变化,在于双曲空间无法在二维平面中展开,只能够以这种扭曲、起伏的类似连绵山峦一样的形态出现。
而这可能就是霍金给出的宇宙形态,勉强用人类语言描述的话,大概是:多重镶嵌,无限重复,环环相扣。
哪一个才是真实的?
但人们有疑惑:为什么这个宇宙并不是我们所知的宇宙的样子?
我们所知的宇宙,正在不断的膨胀。广义相对论提供了一种数学语言来描述这种加速膨胀——宇宙常数,它今日以暗能量的面目出现在世人面前。当然,该常数是个正值。按《新科学家》的说法,如果你认同“正处于一个不断膨胀中的宇宙”,那就等于认同“宇宙常数为正”。