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再说霍金彭罗斯 精选

已有 2879 次阅读 2021-3-28 21:53 |个人分类:物理|系统分类:科普集锦


前些天收到新版的《时空的大尺度结构》,正赶上“霍金日”——自霍老3年前的3月14日回归黑洞,那个“数学节”便成了他老人家的纪念日。在众多广义相对论课本中,这一本特纯净而精妙,很多后来流行的东西都是从儿流出来的(特别如奇点定理)。

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中译本旧版封面(与英文影印版同时发行)


奇点也令人想起彭老Penrose,而彭老因奇点获奖也更令人想起霍老。奇点定理是他们共同的“智力的儿子”。二老在开拓相对论的数学时走到一起,他们在物理上却是“我居南海君北海”,拿他们比较一下,能亲切感到有不同的科学路线和风格。

孤独困在轮椅上的霍老的周围和身后,跟着一大群乘风破浪的弄潮儿。霍老物理的热闹就在于他的兼容并蓄,他相信时空奇点,也谈超弦和膜宇宙,更是杂糅量子论和相对论来描绘黑洞和宇宙图景。他的量子宇宙愿景就是一只三色球(M理论+无边界宇宙+人存原理)。霍老走的路是很普通的。证明奇点定理后,他感到相对论在那儿崩溃了,所以寻求量子——他从一个习题似的问题开始:量子粒子和场在黑洞附近会怎么样?于是就有了后来的东西……

顺便想起前一年的获奖者James Peebles,他获奖的节目与彭老一样,也要回溯到1960年代,那时,皮老在跟迪克构想大爆炸,从它预言了CMB(他和迪老师或许不知道Gamow10多年前已经预言过了)。后来,CMB引出暴胀论,皮老坚信暴胀问题很实在,“除非哪天发现合理的替代或证明概念错了,我们都要相信暴胀将继续指引我们对极早期宇宙物理的探索。”(《物理宇宙学》1993年版前言)。20年前,他(与A. Vilenkin)构造了一种新暴胀形式(“quintessential inflation”模型),暴胀终结为宇宙学常数的标量场(Steinhardt称它为quintessence,原是古人想象的地水火风之外的第五种基本元素,其作用是让宇宙加速膨胀)——PV模型的特色是用一个标量场统一两个阶段的标量场。暴胀自豪地认为解决了系列大尺度宇宙学疑难,如视界问题、光滑问题和平直问题。

暴胀论冒出来时,霍老也从黑洞跑出来迎接它,1982年在剑桥开了专题会,解决了密度涨落问题(那会儿还没有CMB数据)。但暴胀从奇点大爆炸开始,这是动力学方程不能容忍的,于是有了他的“无边界”的宇宙波函数(波动方程是“借”Wheeler-DeWitt的),然后“无中生有”产生无限多的泡沫小宇宙,其中一个泡沫长大了,就是我们的宇宙。霍老的成绩都是“算出来”的,他对弦论的兴趣也是因为据说它容许任意精确地计算粒子散射(计算精确了,则万物其庶几乎?everything else would somehow follow)。

这些物理习题,彭老好像没想过去做。他的兴趣在它们的基础。在皮老玩儿大爆炸时,彭老在玩儿时空奇点。彭老认为大爆炸是低熵奇点,而黑洞是高熵奇点,这为热力学第二定律提供了独特的宇宙学解释,他从这个逻辑构想出疯狂的“共形循环宇宙学”(CCC)。彭老不相信暴胀,五花八门的暴胀论都想象一个滚动的弹珠(暴胀子)来充当动力,可以随意调整其势函数形式,这是数学家不能容忍的。彭老不信超弦和量子引力,他说超空间维是不稳定的;他也不想原理的相对论皈依计算的量子论。50多年来,他一直在努力创建基于“扭量”(他认为比时空还基本的概念)的新物理体系。扭量理论虽在近年温暖些了,但还是远不如超弦火热。

  彭老物理的寂寞在于他否定的太多,流行的东西他不跟或不信,还不停地批判。他是物理学家中的数学家,没有自己的物理流派。他的CCC不如霍金的婴儿宇宙惹眼,也不像弦论和暴胀那么流行,在他的小朋友圈外几乎找不到一篇研究这个理论的文章。彭老的数学家朋友Michael Atiyah说他是“我们时代真正的独立思想者,他熟悉理论物理学的主流,却坚持走着自己的岔路。当他认为一个想法值得开拓,他会不懈地去求索几十年。” 人们借Wordsworth《序曲》(The Prelude)的诗句说霍金:“一颗心,永远孤独航行在奇异的思想海洋。”(a mind forever voyaging through strange seas of thought, alone.),拿来说彭老当然更合适。

新版的样子







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