多元宇宙理論是不是科學?

2021-02-25 星空天文

多元宇宙理論和科學三原則。

BellaCielo

判斷一個理論是否成熟、是否科學有三大標準。它們分別是能否重現原有理論的結果；能否解釋與原有理論矛盾的結果；以及能否作出新的、可供檢驗的預測。

Michael Perryman

地心說被日心說取代，在日心說的基礎上，牛頓又發展出了萬有引力理論。萬有引力不但能夠解釋行星的位置和運動，還能解釋木星的衛星、金星的相位和火星軌道的偏心率，同時還能對彗星的周期性回歸作出預測。

但是幾百年後，萬有引力在預測水星軌道的細節方面失敗了。新出現的愛因斯坦廣義相對論不僅重現了牛頓的所有成果，還解釋了水星的軌道異常，並提供了可供檢驗的預測——星光能被引力彎曲。因此廣義相對論在短短幾年中就被確認為一次偉大的科學革命。

1919年11月10日的《紐約時報》（左）和1919年11月22日的《倫敦插圖新聞》。

在生物學上，達爾文的進化論也是個很好的例子。基因和DNA的發現，一直推動著它向前發展。科學的進軍就是這樣：並不因為誰的理論提出得早就相信誰，而是看誰能夠更好地解釋宇宙中的現象。

要理解多元宇宙理論，就需要從宇宙本身開始。這個宇宙指的是可觀測宇宙。也就是我們能夠看到、能夠測量、能夠與之互動的一切總和。

Frédéric Michel / Azcolvin429

宇宙中的恆星、星系糾纏在一起形成了一張巨大的網。我們在距離上看得越遠，在時間上也看得越早。我們看到的星系越遙遠，它們的年齡也越小。構成這些星系的恆星重元素含量很少，星系的規模也非常小，因為在那時，星系間的合併還十分罕見。這也是它們多呈旋渦狀，而少有橢圓形的原因。存在於我們視野極限處的，是宇宙中形成最早的恆星。再往前，就是一片黑暗，只有宇宙大爆炸遺留下來的微弱餘暉。

根據暴脹理論，我們通常所說的大爆炸其實並不是時間和空間的起始，而是我們這個可觀測宇宙的開始。在此以前是宇宙的暴脹期。那是一個以指數級膨脹的宇宙，充滿著時空結構固有的能量。

宇宙的暴脹。Don Dixon

宇宙的暴脹也是一個通過繼承和發展而來的理論。它繼承了大爆炸理論和現代宇宙學的所有成果；解釋了大爆炸理論無法解釋的一系列問題，包括宇宙各處的溫度為何如此平均，空間為何如此平坦，為何沒有發現磁單極子這樣的高能遺留物等等；與此同時，它還明確作出了五個可供檢驗的預測，其中四個已被確認。

唯一一個未被確認，也難以確認的預測是：多元宇宙。

Ozytive

暴脹理論認為，暴脹能導致空間以指數級急速膨脹。這能解釋為什麼我們的宇宙如此平均、如此巨大。暴脹結束後，我們的宇宙充滿了物質和輻射，也就是我們在大爆炸中所看到的一切。

但是不可思議的事情也在這裡出現。

我們今天的宇宙是通過充分的暴脹形成的。但是根據同一個理論，我們可以推導出在暴脹已經結束的地方周圍，仍然存在著許多暴脹尚未結束的地方。這種存在於理論中的現象也就是所謂的「永久暴脹」。

E. Siegel

根據量子力學和量子宇宙學原理，暴脹可以在任何地方、任意的時間上停止。但是仍然存在著有限的機會在任何地方、任意的時間上繼續進行。假如暴脹在某地停止，那裡就會像我們這個宇宙一樣，出現熾熱的大爆炸，並由此形成宇宙。（上圖帶紅叉的部分）

在那些暴脹尚未結束的地方，空間會繼續擴張。因此某處的大爆炸可能是與我們這個宇宙分離的。也就是說，在一些地方停止擴張、形成宇宙的同時，其它地方的暴脹還在繼續。

我們對這些額外產生的宇宙知之甚少。比如它們的物理定律、基本常量是否和我們這個宇宙相同？它們發展過程中的密度和特性是否和我們這個宇宙相同？它們是否會和我們這個宇宙發生量子糾纏？

根據最保守的看法，這三個問題的答案可能分別是「相同」「相同」和「不會」。但是這樣的回答是否科學？多元宇宙理論究竟是不是一種科學理論？

Mario Livio

應該說，多元宇宙理論本身並不是一個科學理論。它實際上是一個根據當前已知物理定律所作的推論。但它是一個不可避免的推論。一個被量子物理統治的暴脹宇宙，幾乎可以肯定會產生這樣的結果。

然而對於我們所在的這個宇宙來說，多元宇宙理論起不到多大的解釋作用。它無法解決我們當前面臨的問題。最糟糕的是，它無法向我們提供任何能夠加以檢驗的預測。

Moonrunner Design

這意味著什麼呢？這首先意味著假如我們對這個宇宙及其歷史的認識是正確的，那麼多元宇宙可能真的存在。在我們這個可觀測宇宙之外，可能存在著更多的宇宙。產生這些宇宙的大爆炸與我們這個宇宙沒有任何關聯。

但與此同時，這一切又是超現實的。即便在理論上，也無法加以檢驗。除非我們重現宇宙暴脹，然後把觀測者送往不同的暴脹區。

Bock

多元宇宙理論永遠是一種物理學的推論。這很有意思，也是一種不可避免的推論，但在加以檢驗之前，不能被稱為科學。事實上，我們可能永遠也無法對此加以檢驗。這是一個有意義的理論猜想，但不是科學理論。而且由於宇宙給我們設置了局限，多元宇宙可能永遠都無法成為科學理論。

它屬於一個新的領域：一種基於物理的「形上學（metaphysics）」。我們能夠通過科學的方式學習這個宇宙內部的信息，但是這個宇宙實際上卻是有限的。

Ethan Siegel 文 / 老孫 譯
商業轉載須獲授權，非商業轉載請註明出處、作者、譯者

相關焦點

  • 多元宇宙理論是一把虛假的萬能鑰匙?我們應聽聽這些反對的聲音
    在21世紀的第30年的開端，一個疑慮已成定局：在揭示現實宇宙的真正本質這方面，人類的認知極其有限，我們還沒有一個科學理論能夠接近這一本質，或許永遠也無法真正探究到這個本質。結論或許有些悲觀，在近代科學高速發展的幾百年來，在迂迴與曲折中，對宇宙未知領域的探究也出現了一些具有啟發性的洞見，多元宇宙理論就是其中的一個實例。
  • 多元宇宙的簡要解釋,看看科學家怎麼說!
    宇宙一直是神秘莫測的，我們的宇宙如何誕生又將走向何方科學家對此有萬千猜想。大爆炸學說、弦理論就是目前科學界的精華。關於是否存在另一個宇宙，多元宇宙這個話題可謂爭執千年，有人認為神話故事可以很好的解決多元宇宙，老祖先將人分為天界、人界、魔界、妖界、獸界、鬼界！
  • 平行宇宙的理論和證據你知幾何?
    這一概念被稱為「平行宇宙」，是多元宇宙天文學理論的一個方面。這種想法在漫畫書、電子遊戲、電視和電影中隨處可見。從《吸血鬼獵人巴菲》到《星際迷航》到《神秘博士》，再到《迪克蒙》，都有延伸情節的想法。其實有很多證據可以證明多元宇宙的存在。首先，了解宇宙是如何被認為是有用的。
  • 如果有多元宇宙,那麼那裡也會有生命嗎?
    多元宇宙理論是宇宙學和理論物理學中一個由來已久的概念，它指出宇宙可能有多個，甚至無限多個。
  • 為什麼弦理論不是科學理論?
    這兩類理論從根本上說是不相容和不完整的，它們表明，儘管標準模型取得了成功和引力量子理論也有其必要性，但是宇宙仍然比我們目前所理解的要複雜得多。似乎，通過稱其為「弦理論」而將其表示為一種科學問題的解決方案，我們已經給出了肯定的回答：是的，弦理論就是一種科學理論。但它僅僅是數學意義上的理論， 這意味著它有自己獨有的一套公式、假設、元素與由其推導的定理和推論。集合論、群論、數論都是數學理論的例子，弦理論也是如此。
  • 加德納的多元智力理論!
    加德納否認存在一個普遍的智力，而提出多元智力觀。他不是用傳統的智力測驗因素分析法去決定智力的多維性，而是從生物科學、發展心理 學的角度和邏輯分析 出發提出人類具有七種不同的智力，每種智力都有生物學的基礎，都有它獨特的發展過程，並有不同的最終狀態或專家作業的表現形式，以下是他最初提出的七種智力。
  • 霍金生前最後一篇論文發表:關於多元宇宙與宇宙的永恆膨脹
    這也或許是他對宇宙本質的最後的想法了。這篇論文由霍金和比利時魯汶大學理論物理學教授赫託格（Thomas Hertog）合著的，題為《A smooth exit from eternal inflation?》
  • 弦理論創造的宇宙可能比想像的要少得多?
    對一些人來說，消除這麼多可能的宇宙不是缺點，而是弦理論向前邁出的重要一步，為做出可測試的預測帶來了新希望。但也有人說多元宇宙將會繼續存在，對於所有這些宇宙提出的問題根本不是問題。圖片：Juergen Faelchle/Shutterstock博科園-科學科普：弦理論家們為2018年的會議召開了會議，這場辯論在6月底的日本是一個熱門話題。
  • Brian Greene:單元宇宙還是多元宇宙?|2019騰訊科學WE大會視頻回顧
    大家可以比較一下，很驚人吧，看起來就像是人類創造的藝術品一樣絕妙——關於宇宙誕生的數學理論，竟然與140億年後 我們對光子的觀測結果驚人一致。這些光子自從宇宙起源開始起便暢通無阻地穿行，這說明我們的數學理論確實能夠解釋宇宙是怎樣誕生的。我現在再次提起這一數學理論，是因為它符合我接下來要說的那個更大的主題——多元宇宙。為什麼呢？
  • 科普:理論上,平行宇宙真的存在
    對大家來說可能這種事情不可思議，而現代科學告訴我們，平行宇宙在理論上是真的有可能存在的， ，宇宙那就要無限大，關於這一點科學已經說明了，我們所處的宇宙他的曲率為零，曲率為零那宇宙就應該是平直的，那宇宙就應該是無限大。
  • 什麼是平行宇宙?它和多重宇宙有何區別?
    著名物理學家對是否存在其他宇宙一支存在著分歧。一些物理學家說，多重宇宙不是科學探究的合法話題。有人擔心，試圖將多重宇宙排除在實驗驗證之外是否會削弱公眾對科學的信心，並最終損害基礎物理學的研究。有些人認為多元宇宙是一種哲學而不是科學假說，因為它不能被證偽。通過科學實驗來反駁理論的能力一直是公認的科學方法的一部分。
  • 於許成 | 宇宙萬物的終極理論(三)
    所以我們要實現中醫現代化，也要把中醫的哲學理論現代化；這就是在馬克思主義哲學的指導下，用現代系統科學的語言改寫中醫的理論。」「把中醫（包括氣功，人體特異功能等）都納入到科學技術的體系裡，創立新的關於人的科學，我稱其為人體科學。
  • 宇宙有無數個?其他宇宙有另一個自己?這個新宇宙理論會給你答案
    這個新型宇宙理論一經提出，立刻就引起了天文界的關注，多元宇宙的假設使人們對於宇宙的了解又提升了一個層次，我們原本對宇宙的了解與認識是在看得見摸得著的自然現象的基礎上進行的，而多元宇宙概念的提出則徹底打破了這個想法，使人類對於宇宙有了新的認識。
  • 宇宙的終極候選理論之單電子宇宙論
    前面我介紹過弦理論、超弦理論、M理論這是一部弦理論的演化史。又介紹了目前世界最前沿的圈量子引力論。今天我來說說最後一種萬有理論的候選，也是感覺最不可思議的宇宙終極理論，那就是單電子宇宙論。這個理論是如何來的，因為隨著科學發展量子力學的深入，微觀世界的認識，人們發現了一件不可思議的事，就是所有電子都長一個樣，所以人們有個大膽的猜想就是會不會他們都是一個電子，至始至終宇宙只有這一個電子。這兩個敢大膽想像的人就是約翰·惠勒和理察·費曼。
  • 全息宇宙理論
    事實上，如果你沒有時常閱讀科學期刊，你可能從來沒有聽過Aspect的名字，雖然有些人相信，他們的發現可能會改變科學的面貌。但是飲譽當代的美國量子物理學家和科學思想家戴維·玻姆拋出了一個大膽卻十分直接、簡單的想法：此發現意味著客觀現實並不存在，儘管宇宙看起來具體而堅實，但其實它只是一個幻象，是一張巨大而細節豐富的全息攝影相片！　發展　　首先我們得了解什麼是全息相片。
  • 宇宙的維度會比我們想像的更多嗎?弦理論是萬能理論嗎?
    本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。眾所周知，弦理論是物理學家們希望有朝一日能夠解釋一切的理論。科學家希望所有的力，所有的粒子，所有的常數，所有都能處在一個理論框架下，而我們看到的一切都是微小的，振動的弦的結果。
  • 平行宇宙這麼不靠譜的理論,為什麼會成為主流的科學理論?
    在量子物理學中，數學結論下平行宇宙是存在的，但是物理理論下平行宇宙未必存在，同樣的事情經常發生在物理學中，例如廣義相對論可以解出蟲洞（白洞
  • 平行宇宙:多世界理論?弦理論?
    由亞原子物理產生出的理論分支仍然只是理論。這讓物理學的衍生方式大致與心理學相似。每一個理論既受追隨又受批評，類似於卡爾榮格、阿爾伯特艾利斯和西格蒙德弗洛伊德提出的心理結構理論。自科學發展以來，物理學家開始逆向分析宇宙：研究各種觀測現象，將思路向更微觀的物理世界拓展。通過這種方式，物理學家正在一步步接近宇宙最終的、最基礎的層面。
  • 多元智力理論
  • 宇宙的終極候選理論知之超弦理論
    超弦理論是怎麼來的，首先說說目前宇宙中存在四種基本力，及電磁力，強相互作用力，弱相互作用力和引力。電磁相互作用產生的力是通過交換虛光子產生的電荷之間的電磁力，由此誕生了量子電動力學。唯獨引力子沒有找到或者說它究竟是不是一種力？未被證實。因此，人們迫切尋找萬有理論。弦理論就是一個數學和邏輯都比較符合的一個理論，這種理論認為物質的基本單元不是粒子而是很小很小的線狀的「弦」包括有端點的「開口弦」和圈狀的「閉合弦」。閒的尺度非常小，也就是普朗克尺度1.6乘以十的負35次方米。如此小的尺度，我們人類目前觀測不到，因此還沒有辦法驗證這個理論。