這位科學家與霍金齊名,發明過懸魂梯,他的理論認為,宇宙在輪迴

2020-12-03 華箋流香

這個世界上科學家和科學工作者有很多,但是能夠做出大的突出貢獻,並且廣為人所熟知的屈指可數。

有些科學家像一個單獨的勇士那樣,單槍匹馬的作戰,這些科學家特別讓人敬佩。而且他們所取得的成果也特別的突出。在所有的科學家裡被列為最偉大的科學家就是牛頓和愛因斯坦了。基本上,他們的主要科學成果都是在沒有任何外界援助的情況下,獨立完成。

如果,愛因斯坦不搞出廣義相對論的話,後面的人,可能很久也沒辦法完成。在廣義相對論的光環照耀下,許多科學家做出了很多重大的發現。

在廣義相對論理論框架下工作的著名科學家,是天體物理學家霍金。霍金的主要學術成果,是給出了廣義相對論方程有解的邊界條件,這些條件被稱為能量條件。在這些條件存在的情況下,霍金髮現了黑洞視界邊界的輻射~霍金輻射。

其實,絕大多數人可能都不知道,霍金的研究成果,並不是他一個人獨立完成!霍金有一個好搭檔,他們兩個人一起完成的這個成果!

》霍金的這位搭檔,是著名的數學物理學家,彭羅斯!在學術界,彭羅斯和霍金是齊名的!

彭羅斯比霍金大11歲,出生於1931年,他與霍金在上世紀60年代合作,一起研究廣義相對論。

因為廣義相對論場方程是一個偏微分方程,理論上講它沒有解析解。當時,研究廣義相對論場方程解的,有幾個團隊。其中最有名的,主要有兩個,一夥是前蘇聯著名的物理學家維塔利·拉扎列維奇·金茲堡等人,另外一組就是彭羅斯和霍金這一對組合。

而且當時霍金還並不出名,當時他們用來研究廣義相對論的數學工具,主要是由彭羅斯提供。這個非常重要的數學工具,就是解析幾何領域裡的「全域法」。正是用了這個方法,他們兩個人沒有去直接求解廣義相對論場方程,只討論廣義相對論方程解存在的範圍,才把整個研究帶到了正確的方向上。

而當時在前蘇聯的那一組,仰仗著前蘇聯人卓絕非凡的數學功底,打算直接求解廣義相對論場方程,結果無功而返。

彭羅斯對黑洞理論的研究成果,與霍金相當。奇點的存在性,就是彭羅斯證明的。

》但是,彭羅斯發明的其他的東西,因為深具八卦特徵,所以在吃瓜群眾中流傳甚廣,這就是彭羅斯樓梯。

在天下霸唱的小說《鬼吹燈》裡面,《懸魂梯》是單獨的一個章節,這個樓梯,成了困擾胡八一等盜墓者的魔咒。在電影《盜夢空間》,也有一座這樣的無限循環的階梯。

彭羅斯樓梯在現實的世界裡是不存在的,它的存在必須依賴一些特殊的數學結構,在高維空間才能出現。

這種情況只有在黑洞的內部,當物體向奇點掉落的過程中,才可能會出現。

我們知道,黑洞是天體演化的終極階段,黑洞的奇點是被所謂「事件視界「所包裹。所以沒有辦法知道黑洞的內部是個什麼情況,這被稱為「宇宙監督假設」,也就是說沒有裸露的起點。

黑洞的形成過程中,物質在向奇點匯聚的時候,如果越過普朗克尺度,不確定性就會佔支配地位,量子效果會產生一次強烈的反彈,奇點周圍時空可能會被重置。這個時候事件的走向會有三個選擇,空間曲率是正,黑洞內部會形成一個小宇宙,黑洞形成。空間曲率是零、或者是正,會形成所謂的白洞,全部物質以能量形式輻射出來,爆炸的一點殘渣都沒有。

現在要討論的是黑洞形成了以後會怎麼樣。因為根據以前的理論,黑洞只有質量、電荷和轉動慣量三個參數,黑洞的溫度是絕對零度。

但是黑洞邊界的霍金輻射顯示,黑洞是有溫度的。所以黑洞內部應該具有無限的多樣性。在霍金輻射存在的前提下,如果物質越過黑洞事件視界,向奇點掉落的過程中,會走類光測地線,光錐上會出現一個彭羅斯階梯這樣的一個扭曲的結構。

在這個結構裡面,事件在無限循環的。在電影《星際穿越》裡,男主掉進黑洞,就遇到了這樣的時空結構。

像彭羅斯階梯那樣的無限循環結構,有很多種,它們是根據群論和託撲學在數學結構上構造出來的一種特殊的「圖形」,是屬於幾何拓撲學的研究範圍,一般情況下在三維空間是沒辦法顯示的。包括克萊因瓶等結構,都屬於幾何拓撲學的研究範圍。

彭羅斯樓梯就是為了在三維的世界中,把這種無限循環的數學結構,給大家一個形象的展示。彭羅斯樓梯的每一個局部,都是因為前後的存在才定義了某種方向。所以在彭羅斯樓梯上面走,就會永遠永遠向前。

在彭羅斯階梯上,每一個階梯的結束是下一個階梯的開始。大家要牢記這段話,因為我們下面就要介紹彭羅斯關於宇宙演化的理論,這個理論和彭羅斯階梯上的循環類似,但是有更加複雜的數學結構。

》彭大爺的牛X理論:The conformal cyclic cosmology,彭羅斯宇宙輪迴模型(共形輪迴宇宙模型)。

根據彭羅斯宇宙輪迴模型,宇宙演化的邊界是一個叫big rip的張量膜,這個張量膜通過數學變換可以收縮在一個點上,這個點就是下一個宇宙的起點,Big bang大爆炸。以此類推,我們的宇宙就是n個宇宙鏈條之間的一環。

彭羅斯的宇宙模型,有兩個重要的推論:第1個結論,自旋為整數倍的波色子,光子可以穿過Big rip;而自旋為半整數倍的費米子,無法穿過big rip。第2個重要結論,如果費米子撞擊在big rip上面,會讓微波背景輻射出現同心圓的擴散結構。

彭羅斯宇宙輪迴論,先進之處就在於,理論上是可以由實驗驗證的。雖然這個實驗非常的難。

這個實驗的驗證方法有兩個,其一是用射電望遠鏡尋找宇宙微波背景輻射中可能存在的同心圓結構,並與理論計算的結果比對。

其二,就是如果我們站到宇宙邊緣,我們看到的是一望無際的黑暗。否則的話,如果光無法穿越宇宙邊緣的big rip,光會反射回來,我們會看到,背後宇宙的鏡像。

所以,只要旅行到宇宙的邊緣,我們就可以驗證彭羅斯的理論。

》按照彭羅斯宇宙輪迴模型,如果生命以純能量形式存在,就可以在宇宙之間穿越。

在古代文明中,往往會出現那些匪夷所思的先進的令人嘆為觀止的技術。我們只能用超古代文明來形容。

在印度的古蹟《吠陀經》裡記載著六千年前的維曼拿飛行器,並且詳細介紹了這種飛行器的構造。據說,佛教的佛塔就是按照飛行器的形狀製造的。

印度教和佛教,輪迴都是一個很重要的概念。如果說語言是文明中最重要的標誌,那麼語言中的時態就構成了創造這種語言的智慧生命對時間的根本概念。

在所有的語言裡面,時態就是過去、現在和將來。英語、漢語、德語、法語等等全部都一樣。

而古印度的梵文,其中的時態有現在時、未完成時、命令時、祈願時、完成時、不定過去時,將來時、條件時。

像這樣的時態,只有在表達極其複雜的時序的時候才需要。比如說其中的「不定過去時「,這種情況只出現在逆反時序的時候。而逆反時序的情況,就是彭羅斯階梯的情況。這種情況在現實的世界裡我們還沒有觀察到。理論上只存在於黑洞的內部,要走一條類光測地線,在光錐表面才會形成。

讓人疑惑的就是,那些古文明到底經歷了什麼,才會有如此複雜的時態表達。

彭羅斯的開拓性研究,表明了輪迴這個概念在理論上是可行的。

最後,讓我們向彭大爺致以最高的敬意,彭大爺不僅把輪迴理論上升到數學可描述的高度,而且給出了可供實驗驗證的結論。

最重要的一點是:彭羅斯宇宙輪迴模型,給出了宇宙大爆炸之前的明確答案!

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