主頁 > 資訊 > 天文科學

閱讀量: 9,936

霍金腦中宇宙的不同面貌：蟲洞、嬰宇宙與黑洞

2018/03/18   維加斯新聞報
時空旅行的夢想家：史蒂芬．�

    1980 年代晚期，霍金以名流身分遊遍全球，然而他在心中遊歷的距離，讓那幾趟行程相形見絀。早先惠勒便曾在 1956 年引進一種量子蟲洞（quantum wormhole）觀點，這時霍金更試行穿越這類蟲洞，行險深入更特異的地帶，他要進入嬰宇宙（baby universes）。讓我們隨他站在空間和時間之外，從更好的角度審視。
    霍金要我們想像一個龐大的氣球以高速膨脹。那個氣球就是我們的宇宙，球面的小點是恆星和星系，小點讓表面凹陷或起皺摺。根據愛因斯坦的預測，當物質和（或）能量出現，時空也隨之扭曲。
    當我們以一台倍率不高的顯微鏡來檢視宇宙氣球（cosmic balloon），表面儘管遍佈皺摺，看來卻仍相當平滑。改用倍率高的顯微鏡，我們就會察覺表面終究並不平滑。球面看來彷彿劇烈顫動，形成一團朦朧模糊的景象。
    測不準原理讓量子層級的宇宙變成非常模糊，一顆粒子的位置和動量，永遠不可能同時明確得知。我們能以一種設想來描繪出這種量子不確定性的相貌，想像每顆粒子都不斷顫抖並表現隨機細微的振動。我們愈貼近觀察，顫抖也愈劇烈。全神貫注詳細審視量子層級，我們充其量只能表示，一顆粒子有這個機率出現在這裡，或有那個機率像那樣移動。宇宙氣球的表面也同樣無法預測。若以夠高的倍率來觀看，量子擾動就會變得極度混沌，於是我們就可以說，那種擾動有可能正在進行任何事情。
    霍金認為這種「任何事情」有可能是指什麼？他在 1980 年代晚期曾經投入思忖，宇宙氣球裡面生成一個細小凸起的機率為何。就我們比較熟悉的派對氣球而言，若球面有一點脆弱部位，那裡就會鼓起。通常派對氣球一出現這種情況就會立刻爆裂，不過偶爾會出現罕見事例，表面鼓出一個細小氣球。假使你能見到我們的宇宙氣球出現這種情況，那麼你就見證了一個嬰宇宙的誕生。
這看來相當壯觀：一個宇宙的誕生。
    我們有沒有機會目睹這種事件？不可能。首先，那不是一種發生在「實」時間的現象，而是發生在討論的「虛」時間。還有個理由讓我們見不到它：霍金表示，因為若有任何東西真正稱得上從小開始，那就是宇宙了。我們的宇宙和新生嬰兒之間的連接通道（稱為臍帶亦無不可），寬約只為十的負三十三次方釐米。若想寫成分數，你可以在分子處擺個「1」，分母則寫上「1」後面跟著三十三個「0」。那是相當小。開口處（號稱蟲洞）就像細小的黑洞，閃爍現形倏忽消失，間隔短得無從想像。
    我們可以把能量場的擾動現象想成一對對非常短命的粒子。蟲洞同樣是構思這種擾動的一種方式，不過這次擾動的是時空紋理：宇宙氣球的表面。
霍金的設想是，附著於這種臍帶的嬰宇宙有可能並不短命，同時，開頭很小也不見得永遠保持很小。他的想法是，到頭來新生宇宙就有可能膨脹成像我們的宇宙這般模樣，延伸跨越數十億光年。就像我們的宇宙，裡面什麼都沒有？不盡然。
    霍金指出：「任何尺寸的宇宙都有可能從重力能量生成物質。」接下來就有可能形成星系、恆星、行星，說不定還有生命。
    嬰宇宙和成年宇宙都為數眾多嗎？宇宙會不會從任意地方分支出來？從廚房洗碗槽內？從你體內？霍金說：會！新生宇宙有可能在我們周遭不斷生成，甚至從我們體內各點現形，我們的感官卻完全察覺不到。
    你說不定會感到納悶，我們的宇宙初生之時，會不會就是另一個宇宙的側邊凸起。霍金宣稱是有可能的。我們的宇宙有可能是處於宇宙無邊迷宮的一環，各個宇宙分支出現彼此結合，就像無窮無盡的蜂巢，裡面不只有嬰宇宙，連成年宇宙也在其中。兩處宇宙有可能在不只一處定點生成蟲洞連接管道，說不定有好些蟲洞與我們自己這處宇宙的其他區域相連，或者連往其他時間（如下圖）。