宇宙波函数
宇宙学家霍金是科学界最具悲剧色彩的人物之一。一种无药可治的退化疾病让他生命垂危 ;但他仍无视一切险阻 , 继续他的研究工作。虽然他已无法支配手、脚、舌头和声带 , 却在轮椅上开创出新的研究之路。换作其它物理学家 , 也许早就向科学难题宣告投降了。
他无法提笔 , 只好在脑中进行所有的计算 , 有时也会靠助理帮忙。他的声带已失去功能 , 只能靠机器和外界沟通。然而 , 他不但孜孜不倦地继续一项研究计剖 , 还能抽空完成畅销书「时间简史」并在世界各地演讲。
霍金是剑桥大学卢卡斯讲座的物理教授 , 牛顿也曾担任这项职务。和这位大名鼎鼎的前辈一样 , 霍金也投入本世纪最伟大的探索, 整合量子理论和爱因斯坦的重力理论。他对美妙、自洽的十维理论也大为激赏 , 并在他畅销书的结尾详加讨论。
说到让霍金名满天下的黑洞 , 他现在已不再倾全力研究它 , 黑洞已经过时了。他现在有个更远大的目标-- 统一场论。弦论是以量子理论为基础 , 后来又结合了爱因斯坦的重力理论。霍金最早是一位古典相对论者 , 而不是量子论者。他从另一个观点研究这个问题。他和同事哈特以爱因斯坦的古典宇宙观为出发点 , 再将整个宇宙量子化 !
霍金是新兴科学量子宇宙学的创始人之一。乍看之下 , 它似乎是个自相矛盾的名词。量子一词适用于夸克和微中子的极小世界 ; 、宇宙学则意昧着浩瀚无边的外层空间。
但霍金和其它人相信 , 只有藉由量子理论 , 才能揭开宇宙之谜。霍金遵循量子理论 , 推衍出量子宇宙学的最终结论, 世上有无数个平行宇宙。
量子理论的基本论点是以波函数 ( Wave function ) 解释粒子的各种状态。举例而言 , 假设天空有一大片不规则形状的雷云。雷云愈暗 , 所含的水气和尘埃也愈多。因此只看看雷云 , 就能迅速估计出天空某处出现大量水气和尘埃的机率。
单一电子的波函数也和雷云一样。和满天的雷云一样 , 电子也无所不在。 某处的电子波函数的值愈高 , 愈容易在该处发现电子。同样地 , 波函数也能应用于人类等大物体。当一个人端坐在大学研究室时 , 他也有一个薛丁裕或然率的波函数。如果我看得到自己的波函数 , 它应该像是和我体形一样的云。但某些云却延伸到太空各角落 , 延伸到火星或太阳系之外 , 虽然它稀薄得像是不存在。这表示他极可能坐在椅子上 , 而不是在火星上。虽然 , 我部分的波函数已延伸到本银河系之外 , 但我身在其它星系的机率却微乎其微。
霍金的新构想是将整个宇宙视为一个量子粒子。重复一些简单的步骤 , 就能得到一些惊人的结果。
先假设一个包含所有可能宇宙的集合的波函数。这意味霍金理论的前提是个平行宇宙的无穷集合 , 也就是宇宙波函数 ( Wave function of the universe ) 。霍金只是将粒子换成宇宙 , 但却改变了世人的宇宙观。
根据这套假设 , 本宇宙的波函数遍及所有可能的宇宙。在本宇宙附近 , 这个波函数的值非常大 , 因此我们的宇宙极可能是正确的宇宙。但波函数也遍及其它各宇宙 , 甚至包括无生命和不符合物理定律的宇宙。既然波函数在其它宇宙的值极小 , 在可预见的未来 , 我们的宇宙应该不会进行量子跳跃 ( quantum leap ), 跳跃到其它宇宙。
量子宇宙学家的目的 , 是证实这项假设在数学上的合理性 , 并说明在我们的宇宙中 , 宇宙波函数的值很大 ; 但在其它宇宙中则小得微不足道。如此便能证明我们所熟悉的宇宙不但是独一无二, 而且也处于稳定状态, 但是目前量子宇宙学家仍无法解决这个重要的问题) 。
如果霍金所说的是事实 , 世上就有无数共存的可能宇宙。不客气地说 , 宇宙一词已不代表「所有存在的事物」。宇宙波函数能遍及数个可能的宇宙 , 我们的宇宙是最有可能的一个 , 但却不是唯一的。霍金的量子宇宙学的另一个假设是 , 宇宙波函数容许这些宇宙碰撞。但它造成的能连结三次元空间中的虫洞不同, 霍金的虫洞是能连结不同的宇宙。
假设在空中悬浮着一大群肥皂泡。每个气泡就像是一个宇宙 , 只是它有时会撞上其它气泡 ,结合成更大的气泡 , 或分裂成两个较小的气泡。不同的是 , 每个肥皂泡代表的是一个完整的十维宇宙。因为时间和空间只存在气泡内 , 气泡之间并没有时间和空间。每个宇宙都有自成一格的「时空」。 各宇宙的时间未必会以相同速率进行 ( 在此要强调的是 , 我们并不是因科技落后 , 才无法在各宇宙之间旅行 ; 此外 , 如此大规模的量子转移 (quantum transition ) 非常难得发生 , 我们的宇宙很可能永远都不会碰上这种情况 ) 。这些宇宙大多是没有生命的死寂宇宙。这些宇宙中的物理定律各不相同 , 无法创造出能孕育生命的环境。也许在不计其数的宇宙中 , 只有我们宇宙的物理定律能孕育出生命。
霍金的「婴宇宙」理论 , 虽然不能作为来往各宇宙的方法 , 却衍生出一些哲学和宗教的问题。在它的推波助澜下 , 宇宙学家争论已久的两项议题又被炒热了。
