量子理论（支配亚原子领域）和爱因斯坦的广义相对论（描述宇宙尺度的现实）通常被认为是20世纪物理学中最重要的发展。但还有一项与这些突破相提并论的发现：宇宙正在膨胀，并且必定起源于过去有限的时间，这个时刻现在被称为大爆炸。
广义相对论和量子理论都成为探索宇宙如何演化的重要工具。它们激发了理解星系、恒星、行星以及最终的生物如何形成的新的方法。然而，即使在这两个革命性理论的光芒下，大爆炸的起源和最早的时刻仍然笼罩在神秘之中。任何令人满意的解释似乎都必须以某种方式调和量子理论与广义相对论有时相互矛盾的原则——同时还要解释为什么如此多观察到的基本粒子、力和场的特性似乎经过微调，以产生我们所知的宇宙中丰富的现象多样性。
对于已故著名物理学家斯蒂芬·霍金来说，解决这些谜团是一种痴迷——他与最亲密的朋友和合作者分享了这种痴迷，其中包括托马斯·赫尔托格，这位理论物理学家在剑桥大学霍金的指导下获得了博士学位，论文是关于宇宙膨胀的起源。如今，赫尔托格是比利时鲁汶大学的教授（该大学也是乔治·勒梅特（Georges Lemaître）的母校，这位天文学家和罗马天主教神父于1927年首次提出了宇宙膨胀的观点）。最近，赫尔托格还是被广泛报道为霍金的最后一篇论文的合著者：一篇题为“永恒暴胀的平滑退出”的研究，该研究在霍金去世前不久完成，探讨了宇宙可能如何开始。
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在他们关于4月27日在《高能物理学杂志》上发表的联合论文几天后，我在赫尔托格在鲁汶大学的办公室与他会面。我们讨论了他们论文的起源和结论——以及其新颖方法的本质——其中包括弦理论的发现，弦理论是21世纪物理学中最主要的 emerging paradigms 之一。
[以下是经过编辑的访谈记录：]
我们都熟悉大爆炸理论，它涉及一种爆发，这种爆发最终演变成宇宙。是什么启发您和霍金使用一种新的、不同的方法来看待大爆炸？
乔治·勒梅特、[乔治]·伽莫夫和其他人提出的旧大爆炸理论是基于爱因斯坦的广义相对论。在这种表述中，大爆炸实际上是时间的开始。但你无法说出在最初时刻发生了什么。大爆炸是人们所说的奇点——一个质量和密度无限大的点，现有的理论在这里失效。相对论非常擅长描述宇宙存在后的演化，但它无法说明宇宙的起源，尽管它暗示存在一个起源。在某种意义上，[爱因斯坦的广义相对论] 预言了自己的衰落。在我们最后的论文中，我们使用量子理论来处理宇宙的开始。
为什么我们理解大爆炸是如何发生的如此重要？
宇宙历史的展开方式以及自然规律的产生方式在很大程度上取决于宇宙是如何开始的。自然规律不是某种柏拉图式的结构，与现实分离且在现实之外。它们是随着宇宙膨胀和冷却而出现的——而这发生的方式在很大程度上取决于大爆炸的精确物理条件。现在碰巧的是，我们发现自己身处的宇宙似乎被非常精细地微调，以便复杂性和生命能够出现。这种微调可以追溯到大约140亿年前的大爆炸。因此，在最初的时刻一定发生了非常特别的事情。我们想知道那是什么。
暴胀的想法——大爆炸后宇宙的巨大而突然的加速膨胀——能帮助揭示这些细节吗？
是的，我们的理论是对暴胀的一种可能的完善。它解释了暴胀最初是如何开始的。早期宇宙的暴胀解决了一些主要的难题，例如为什么宇宙是巨大且均匀的——但又不是完全均匀的。暴胀给出的答案是，近乎均匀性是由于暴胀放大了早期宇宙中的量子涨落。我们今天仍然可以看到这些膨胀涨落的迹象，在大爆炸余辉（宇宙微波背景）中的微小变化模式中，宇宙微波背景是在宇宙只有38万年时发射的。这些变化继续播下了星系形成的种子。
暴胀的另一个结果似乎是多重宇宙的产生；也就是说，宇宙的范围比我们在自己的宇宙视界内看到的范围还要大得难以理解——一个无限的宇宙。这个多重宇宙中超出我们宇宙视界的其他遥远区域可能具有不同的物理定律，并且与我们的距离太远，无法进行任何通信或互动。您对此有何看法？
问题在于暴胀往往效果太好。一旦开始，就很难在所有地方停止，至少人们是这样认为的。如果暴胀是永恒的，如果它永远持续下去，那么在某个地方，这将导致空间量呈指数级增长，并点缀着无限数量的“口袋宇宙”，这些宇宙增长得更慢。这就是这样一幅图景：我们可观测的宇宙并非存在的一切，而只是无限多个宇宙中的一个口袋。正如您所建议的，某些关键物理常数的值可能会在口袋宇宙之间随机变化，这将使任何深入理解为什么我们自己的可观测宇宙是现在这个样子的努力都变得毫无意义。
然而，在我们最近的工作中，我们认为不存在永恒暴胀，相反，我们的宇宙在大尺度上近似均匀。
您是如何得出这个结论的？
首先，我们使用了弦理论，这是一个理论框架，其中基本点状粒子被弦取代。弦的一种振动状态对应于引力子，即携带引力的量子力学粒子。这表明弦理论至少构成了迈向量子引力理论的一步。在我们的理论中，我们让宇宙的时间倒流，并到达奇点——爱因斯坦方程失效的时刻。在这一点上，我们没有依赖爱因斯坦的理论，而是使用了弦理论中一个相对较新的概念，称为全息原理，以投影出时间维度，并以永恒的方式看待整个情况。[编者注：简而言之，全息原理是指我们的现实实际上可能是一个全息图——也就是说，时间、空间及其所有内容都可以简化为编码在我们可观测宇宙边界处的二维表面上的信息。] 我们发现，这种对宇宙最早阶段的新颖全息观点不会导致永恒暴胀和多重宇宙。相反，出现了一个或多或少独特且均匀的宇宙。我们的新“宇宙起源论”理论与多重宇宙思想相反，它做出了明确的预测，这些预测应该及时地使其能够被检验——至少在某种程度上是这样。因此，它为我们提供了希望，我们可以更深入地理解是什么使我们的宇宙如此特殊和适宜居住。
您如何反驳弦理论的批评者，他们认为弦理论无法被检验？
我不同意这种说法；我的直觉并非弦理论无法被检验。我们可能已经有基于宇宙大尺度结构和演化研究的观测结果，这些观测结果告诉我们一些关于量子引力的本质。当然，还需要进一步的理论工作，才能得出在数学上严谨、完全可预测的宇宙学框架。
那么，您论文的关键预测取决于暴胀的真实性和本质。这可以检验吗？
是的，存在明显的观测量。正如它放大了早期宇宙中微小的量子涨落一样，暴胀也应该放大了早期宇宙中的引力波。引力波是时空中的涟漪，最早由爱因斯坦预测，并在几年前最终被观测到——但我们观测到的引力波来自邻近星系中的黑洞和其他恒星遗骸，而不是来自原始宇宙。这些放大的引力波将在宇宙微波背景的偏振上留下印记。天文学家正在积极尝试探测这种偏振模式。
那么您对他们会成功持乐观态度吗？
嗯，我们的理论当然预测原始引力波应该在一定程度上存在。
斯蒂芬和我最后论文中提出的模型只处理了物理学的一个非常小的领域。我们不谈论粒子物理学。最终，在一个完整的宇宙学中，这将必须被纳入。但是，我确信我们的工作将导致更多可以被检验的预测。
最近，在一些媒体报道中，您的联合研究主要被称为霍金的工作。
是的，我看到新闻报道将我们的联合工作称为“霍金关于大爆炸的最终理论”。这是可以理解的，我很感谢对我的已故朋友和导师的最终致敬。事实上，霍金和我，经常与我们的物理学家同事詹姆斯·哈特尔一起，一直作为一个团队工作。我们从来没有任何“主要”作者的概念。因此，为了与我们研究领域的传统保持一致，我们在论文中按字母顺序排列了作者。
尽管身体有限制，霍金仍然能够做出伟大的物理学。他的秘诀是什么？
我当然认为，与我们的许多同事相比，直觉在他的工作和思考中发挥了更突出的作用——这是必然的。通过直觉，我也指他提出正确问题的能力。就好像他可以让自己稍微远离繁琐的计算。