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霍金 O 嘴:乜宇宙大爆炸論係我發表咩?

2017/1/10 — 17:19

適逄霍金 (Stephen Hawking) 75歲大壽,最近 HK01 刊出一篇「哲學」文《霍金:進退維谷的宇宙,奇點的爆炸 》(編按:現已下架),講霍金「發表」宇宙大爆炸 (big bang theory) 同對量子重力 (Quantum Gravity)  ,即一個結合相對論與量子力學的「終極」理論之貢獻。

作為一個宇宙學家,見到有報紙、人留意/寫下理論物理、宇宙學之事當然開心(雖然最後其實都係冇人理,好似係)。文章作者作為一個外行人(應該係,除非唔係),其實算寫得 OK 同「錯唔晒」,但小弟認為文章某些部份帶誤導成份︰

大爆炸論並非由霍金發表

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無錯,霍金的確有不少研究是關於宇宙同大爆炸理論,但要說對大爆炸理論最大貢獻的就肯定不是霍金。大爆炸理論訂立源於愛因斯坦 (Albert Einstein) 1916 年發表的廣義相對論 (General Relativity) 。愛因斯坦在理論發表後首先自己嘗試應用於研究宇宙演進,但發現相對論中宇宙一定會膨脹/收縮,並不會靜止;於是加了他自己認為「一生人最大錯誤 (Einstein’s greatest blunder ) 」的宇宙常數 (Λ, cosmological constant) 令宇宙靜止。但後來發現得出的宇宙其實並不穩定,容易變回膨脹/收縮中的宇宙。不過現在回看他根本就是先知,常數不是完全錯。

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同一時間,於 1920 年,弗里德曼 (Alexander Friedmann) 和勒梅特 (Georges Lemaître) 開始嘗試用廣義相對論研究膨脹中既宇宙,奠定了弗里德曼—勒梅特—羅佰臣—獲加宇宙模型 (Friedmann–Lemaître–Robertson–Walker universe) 與弗里德曼公式 (Friedman equations) 解釋宇宙演進。其後 1929 年哈勃 (Edwin Hubble) 更發現星系光線紅移中,引證宇宙正在膨脹。兩年後,1931年勒梅特就提出大爆炸論,指宇宙係起源於一粒「太古原子」,之後 60 年代發現宇宙微波背景 (cosmic microwave background, CMB) 再驗證這個大爆炸論。

那到底霍金對大爆炸論有什麼貢獻?他對大爆炸論的貢獻其實不少,當他還是劍橋博士生時已經與潘洛斯 (Roger Penrose) 研究相對論中奇點 (singularity) 的問題。後來,他們也證明了一個符合相對論與弗里德曼—勒梅特—羅佰臣—獲加宇宙模型的宇宙必定會起源於奇點 [1] 。而奇點,就如黑洞入面最中心、質量無限大個點,是當相對論失效,再唔能夠解釋到任何東西的地方。所以要真正理解大爆炸起源或者黑洞,就無可避免一定要研究量子重力,這亦是霍金窮一生精力的研究課題。

P.S.: 無錯,以小弟所知,霍金的確認為大爆炸之前是無時間存在,所以討論大爆炸之前之事是無意義的。他與哈托 (James Hartle) 更發表了 Hartle-Hawking state ,一個符合量子力學的宇宙波函數 (wavefunction) ,指出宇宙可以無邊界條件 (boundary conditions) 。大爆炸一刻就如你身處於北極/南極,無邊界,只有空間無時間,所以無必要理解大爆炸之前是什麼。不過這暫時仍是理論,同時亦有另外其他問題未能解決到。有時間再詳談。

最後祝霍金生日快樂!

(最最後學某某創科局局長講句︰有邊個見過霍金?未啊?我見過!我真係見過!)

註:
1. Hawking, Stephen; Penrose, Roger (1970). “The Singularities of Gravitational Collapse and Cosmology”. Proceedings of the Royal Society A. 314 (1519): 529–548.

原刊於作者博客

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