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彭罗斯的宇宙轮回(6)

已有 3739 次阅读 2014-1-15 09:16 |个人分类:物理|系统分类:科普集锦

 

 

前面说了,大爆炸奇点与黑洞奇点虽然本性不同却也相似,这意味着可以将二者真正地联系起来——实现这个联系的,就是共形几何。(“共形”即conformal,过去学复函数论和流体力学时,它叫“保角”,角度不变,只是尺度变了——也就是平面几何里的“相似”。)

 

大爆炸是“各项同性过去奇点”,黑洞是“各向异性未来奇点”,前者的特征是Weyl曲率为零,Ricci曲率为无限大;后者则正好相反,Ricci为零而Weyl无限大。宇宙演化是熵无限增大的过程,也是Weyl从零到无穷大的过程,这体现了Weyl张量与熵的直观联系。关于初始奇点与终结奇点,彭老师20年前在《皇帝新脑》里就讨论过;关于Weyl曲率假设,彭老师与霍金也有过争论,见《时空的本性》。

 

那么,我们未来的高熵状态又如何能成为下一个世代的大爆炸(低熵态)呢?彭老师说:“在大爆炸的共形‘扩张’会将无限大的密度和温度降到有限的数值,而无限远处的共形‘收缩’会将零密度和温度提高到有限的数值。这正是令两者重叠的重新标度过程……”

 

牛津的Paul Tod为实现这个自然过程提供了数学依据。他证明,通过用一个随时间变化的函数(共形因子)来重新标度时空,初始的各项同性奇点是可以清除的。在共形的标度变换下(即与时空距离无关),我们其实感觉不到那个初始状态的时空曲面是什么,因而可以将它移到遥远的未来。彭老师通过一个“中间度规”来连接过去世代的度规(通过标度因子W)和我们世代的度规(通过标度因子ω)。向界面趋近时,W趋于无限ω趋于零,两个因子“互为倒数”。有趣的是,那个共形因子ω所代表的“幽灵场”(phantom field),可以解释为新生的暗物质的原初形式,并担起初始引力场的自由度。

 

W趋于无限是与前世的暴胀相联系的,它使Weyl曲率在界面为零。但是,曲率在界面的法向导数不为零,这样就可以将“前世”的信息传给“后世”——导数的磁部分决定3维界面的共形曲率,而电部分则度量新生暗物质(由W描述)的非均匀性,那个非均匀性是受了前世引力波的轻轻的“冲击”(彭老师用的词儿是kick)。

那个给暗物质带来的冲击,将穿过界面到达我们世代的最后散射曲面(也就是开始产生微波背景辐射的曲面),在CMB中留下痕迹。什么痕迹呢?

 

 

 

 

 



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