2020年诺贝尔物理学奖揭晓,一半荣誉授予在黑洞研究方面做出突出贡献的彭罗斯。尽管已经 89 岁高龄,彭罗斯仍然没有停止科学研究。这两天,他又发表了。论文《Abvious evidence for Hawking points in the CMB Sky★》,译为《微波辐射中霍金点的明显证据》。那么这篇文章说明了什么?
什么是霍金点?彭罗斯在普朗克卫星的宇宙微波背景辐射途中发现了大约 30 个点。彭罗斯认为,这30个点是黑洞蒸发后留下的痕迹。由于黑洞蒸发理论是霍金提出的,所以这也被称为霍金点。
彭罗斯在论文中表明,黑洞会发出被称为霍金辐射的辐射,而正是这种辐射可能会从一个宇宙传播到另一个宇宙。因为这种辐射由于整个黑洞的未来保形压缩而被极大地集中,导致一个点在交叉处进入我们当前的宇宙。而彭罗斯的这篇论文就是为了证明霍金点的存在硬件设备,从而证明他的宇宙循环理论的正确性。
多年来,彭罗斯一直在发展共形循环宇宙学 (CCC) 理论,该理论支持宇宙在大爆炸之前存在的说法,认为我们的宇宙经历了大爆炸和压缩的恒定循环。作为这一奇特理论的证据,他指出了宇宙微波背景中奇怪的同心圆。宇宙微波背景显示了一个从各个方向看起来几乎相同的宇宙,平均温度约为 3 开尔文。但是有些地方的温度与其他部分不同。这些波动最终会产生构成星系和其他宇宙结构的物质团块。
这些圆圈是大爆炸前活动的切实证据。他说,这个圆是由前大爆炸时代的超级黑洞碰撞形成的,碰撞也爆发出巨大的能量。爆发以均匀的球形引力波向外辐射,当它们进入我们的时代时,会在宇宙微波背景上留下圆形标记。
根据他们的研究报告,共发现了12个同心辐射“印记”,其中5个具有特殊意义,对应于宇宙演化史上的5个大型事件。出现在星系团附近的神秘“环”在背景辐射中似乎非常低。简单地说,在彭罗斯的研究中,我们的宇宙将出现一种全新的循环模式:由大爆炸和超大质量黑洞的碰撞主导。
根据罗杰彭罗斯的说法:“宇宙循环新理论”意味着黑洞将吞噬宇宙中的所有物质并相互碰撞宇宙游戏背景,最终导致另一次大爆炸。
作为一名数学家,彭罗斯的宇宙理论是建立在他建立的数学模型之上的。CCC的数学基础是保形映射,也称为保形变换。“保形”一词反映了变换的几何意义,它保留了两条光滑曲线之间的角度和无穷小的结构的形状,但不保留它们的尺寸。下图中显示的两个保角映射使曲线之间的角度保持直角。因此,图中所示的小矩形在变换后仍然映射为矩形,只是每个矩形的比例发生了变化。
应用于循环宇宙模型的保形映射
在彭罗斯的CCC理论中,他将宇宙“大爆炸+膨胀”的双曲(相似)时空结构映射成一个看似圆柱形的形状。也就是说,在宇宙大爆炸的时候,原本密密麻麻的空间被改造和拉伸了;而对于未来,改造可以将无限扩大的空间限制在有限的范围内。彭罗斯进一步设想,这种看起来像“圆柱体”的变换时空结构可以一个一个地首尾相连,形成一长串平滑过渡的时空流形,这些流形继续,从而回答了宇宙从何而来. 去哪里的问题。在这个理论中,他并不否认大爆炸是宇宙的开端。但是,如果他的理论能够成立,
彭罗斯之所以提出循环宇宙理论,是因为他认为宇宙自始至终遵循热力学第二定律“熵增定律”。的总无序(即“熵”)不会减少。”。
第二定律应该从大爆炸开始就起作用,宇宙的初始平坦度应该是“与生俱来的”,在大爆炸开始时,宇宙处于低熵状态,之后熵增加宇宙游戏背景,到宇宙“永恒”的最终状态,熵达到最大值并趋于无穷大。黑洞蒸发和消失的过程将熵从宇宙中带走,在永恒中,熵被清除,下一次大爆炸开始。
“如果我们坚信大爆炸前的阶段应该按照第二定律表现,并且引力自由度开始完全激活,那么与直接反弹不同的事情,经典或量子,一定会发生。我解决了这个问题自己的问题。尝试是我想出CCC这个有点奇怪的想法的主要原因。”
总之,彭罗斯赋予大爆炸宇宙以交替世代和永恒循环的准稳态图景,其中今天的宇宙与过去没有什么不同,未来也将如此。宇宙没有开始,也没有生命,永恒存在。
这一理论受到了许多科学家的挑战,即所谓的霍金点,他们认为这是一种随机效应。
过去二十年的天文观测为物理宇宙学提供了宝贵的数据,以至于像彭罗斯这样的纯理论物理学家试图从实验数据中寻找他的 CCC 理论的证据,以及彭罗斯的宇宙周期。理论,以及膨胀宇宙理论、涌现宇宙理论等。
但目前最初的粗略构想并不是天衣无缝的,比如用共形映射来连接宇宙的初态和终态,而是需要基于宇宙初态和终态都是共形的假设和不变的。这就要求当时宇宙中没有静止质量的物质。彭罗斯对此有一些解释,但似乎有些牵强。
将无限映射到有限
这些物理和数学问题需要一一解决,才能有理有据,而且必须有足够的观测数据来支持他们的理论。但即使我们真的找到了宇宙诞生的那一刻3D角色,我们也会发现很多问题真的才刚刚开始。