多重宇宙探究

2021-02-08 回到2049

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前兩天我們說了平行世界或者叫平行宇宙的話題,而和平行宇宙相類似且容易混淆的還有一個概念,這就是多重宇宙,事實上,不論是平行宇宙還是我們今天要說到的多重宇宙,它們都屬於多重宇宙,現在的科學認為,理論上可以存在四個層次的多重宇宙,不過當我們說多重宇宙這個詞的時候,更多的是代指我們今天所要介紹的這種類型,這便是源自暴脹的多重宇宙。


目前的理論認為,我們生活的宇宙起源於一場大爆炸,可以說,近一個世紀以來,宇宙學家都在研究這次大爆炸的遺產,那就是宇宙如何擴張並逐漸冷卻下來,以及星系如何在引力的作用下聚集起來。不過隨著暴脹理論在上世紀80年代的提出,人們對宇宙的理解發生了徹底的改變。


暴脹理論認為,我們的宇宙在嬰兒期經歷過一段無比快速的膨脹過程,在不到1秒鐘的時間內,亞原子大小的空間就迅猛得膨脹到了驚人的尺度,甚至比我們當前的可觀測宇宙還要大得多。當暴脹結束之時,驅動宇宙膨脹的能量點燃了由粒子和輻射組成的火球,瀰漫在整個宇宙空間之中,這便是我們熟悉的大爆炸過程。


在這個理論之中,暴脹的終結是由量子概率事件引發的,這其中涉及到極其高深的學問,我還沒有解釋的能力,而由此產生的推論是,宇宙各個區域的暴脹不會同時結束,在我們所在的這個宇宙社區,暴脹大約是在138億年前結束。不過在其他遙遠的區域,暴脹可能仍在持續,和我們宇宙情形類似的區域,也可能在不斷地生成。這些新區域剛出現時,就像微小的泡泡,不過緊接著就迅速生長起來,不受邊界的限制。與此同時,不同的泡泡之間仍在發生著暴脹,暴脹使得它們繼續彼此遠離,如此一來,就為新的泡泡提供了空間。這一永不停止的宇宙學過程被稱為「永恆暴脹」,而我們就生活在其中的一個宇宙泡之中,並且只能觀察到其中的一小部分區域。由於宇宙邊緣的超光速膨脹,至少目前來看,無論我們航行得有多快,也無法追趕上宇宙泡擴張的邊界,所以現實就是,我們生活在一個孤立的宇宙泡之中。


可以說,暴脹理論能夠解釋大爆炸假說中一些非常奇怪的性質,比如宇宙為什麼幾乎是平坦的,以及宇宙空間各處為何溫度都是相差無幾的。而在以前,這些性質都還只是假設。另外,暴脹理論還作出了一系列可以被檢驗的預言,並成功的被觀測所證實。現在,暴脹理論已經成為宇宙研究領域的典範。


另外,建立暴脹理論這一全新宇宙觀的另一個關鍵因素來自於弦理論,如果僅從數學角度進行考慮的話,弦理論允許眾多具有不同物理性質的宇宙泡存在,在不同的宇宙泡中,基本粒子的質量、牛頓引力常數等自然界的基本常數也不盡相同。如果將弦理論與暴脹理論結合起來我們就會發現,不同類型的宇宙泡都有一定的機率在暴脹空間中出現,自然不可避免地,永恆暴脹的空間中會產生所有可能類型的宇宙泡。


這樣的一幅宇宙途圖景,就是所謂的多重宇宙。同時,這也解答了一個長久以來讓人困惑的問題,那就是自然常數為何被精細地調節得適於生命的出現。原因就在於,只有自然常數恰好允許生命進化的宇宙,才會出現智慧生命。對於其他的宇宙泡來說,它們或許一片荒蕪、毫無生機,甚至連恆星都不存在,當然了,也有可能存在著超乎我們想像的天體與生命。

多重宇宙

也和平行宇宙假說一樣,關於多重宇宙論,很多物理學家也認為它並不可靠,這是因為,物理學的任何一個理論能否站得住腳,都取決於它的預測是否與實驗數據相符。於是問題來了,如果多重宇宙真的存在,我們又該如何驗證其他宇宙泡的存在呢?很多人認為這做不到。但事實上,目前還真有一種算是比較靠譜方法可能探測到它們的存在。


這就是探測宇宙泡之間的碰撞,宇宙學家相信,如果其他的宇宙泡與我們的宇宙發生碰撞的話,那麼就必然會在宇宙微波背景輻射上留下痕跡,這個痕跡有可能是一個輻射密度或高或低的圓形斑點。如果可以探測到與預測密度分布相符的斑點,就可以作為其他宇宙泡存在的直接證據。目前相關的研究已經開始了,不過也不能過於樂觀,因為前面說到宇宙泡之間的空間依然在持續暴脹,所以距離我們最近的宇宙泡可能也不知道遠到哪裡去了,另一個宇宙泡正好和我們宇宙交界,中間不存在空間的概率有多大不知道,總之,沒有人能夠保證在我們的宇宙視界內,曾發生過類似的的碰撞。


可以說,相比於平行宇宙假說,多重宇宙假說從提出的那一天起就不受待見,而且地位更加不堪。而到了現在,科幻作品更喜歡的也是更為玄幻的平行宇宙,甚至已經被科幻作品都玩爛了,什麼《神秘博士》什麼《蜘蛛俠》應有盡有,但科幻作品卻不喜歡這種將空間無限拉遠且無底洞般的多重宇宙。另一方面,平行宇宙假說雖然科幻,但它的根基畢竟在於薛丁格方程,薛丁格方程無疑是毋庸置疑的。而多重宇宙的基礎則在於暴脹理論和弦理論,弦理論目前還是沒有得到驗證的理論。這種狀況也讓多重宇宙假說的提出者馬克斯-泰格馬克倍感壓力,不過這哥們卻不像埃弗雷特那樣沉淪,反倒是十分樂觀且身經百戰,他還曾用平行宇宙假說開玩笑,說在這個世界中,我的理論不被接納,或許在其他的平行宇宙中,我的理論已經通過了驗證。

泰格馬克

其實我們可以看出來,不論是埃弗雷特的平行宇宙,還是泰格馬克的多重宇宙,它們都存在一個硬傷,這就是科學上的不可證偽性,現在可不可證偽也被很多做科普的人掛在嘴邊,不可證偽就是偽科學,但是即便是針對這樣的指責,泰格馬克依舊很有信心。他認為關鍵之處在於,如果某個理論是科學的,那麼研究並討論這一理論的所有結論就完全合情合理,即便這些結論無法直接觀測、證實。泰格馬克還舉了個很有力例子,愛因斯坦的廣義相對論成功地作出了我們可以觀察的預測,所以我們也會認真對待它做出的那些無法觀察的預測,就比如黑洞內部發生的事情。類似的,如果我們認為暴脹理論和量子力學迄今為止做出的成功預測令人驚嘆,那麼我們就需要同樣認真看待它們的其他預測,比如說平行宇宙假說。當然了目前來看,在可驗證性方面,弦理論還無法跟暴脹理論與量子力學相提並論,但弦理論畢竟是目前萬有理論的最強有力的候選者。


另外,還有人批判多重宇宙學說引入了太多不必要的複雜性,與奧卡姆剃刀法則相違背,但泰格馬克認為,奧卡姆剃刀法則畢竟不是什麼科學真理,只是很多情況恰恰符合奧卡姆剃刀原則罷了,對於理論物理學家來說,判斷一個理論是否優雅、簡潔,是看它的數學方程,而不是看理論本身。而令人驚奇的是,數學形式最簡單的理論,往往會給出存在多重宇宙的預測,事實證明,很難寫出一個完美的理論,能恰好描述我們觀測到的宇宙而且不存在任何冗餘。


總之,人類對大自然的認知往往是狂妄的,我們曾傲慢地認為自己是宇宙中心,天地萬物都在圍繞著人類運轉。但後來我們逐漸發現,是人類圍繞著太陽公轉,而太陽也不過是銀河系中無數璀璨恆星中的普通一員。正是由於物理學的突破,我們才有可能更為深入地了解世界的本質。隨著對世界了解的深入,人類也將變得愈加謙卑,這或許對我們有利無弊,因為作為回報,人類將生活在一個更加宏偉的世界,一個超越人類祖先最狂野想像的世界。

相關焦點

  • 什麼是平行宇宙?它和多重宇宙有何區別?
    嚴格的講,在天文學名詞中並沒有「平行宇宙」一詞,它被叫做「多重宇宙」。多重宇宙中的不同宇宙可被稱為「平行宇宙」。目前這種理論在物理學裡只是尚未被證實的一種假說,但量子論中的一些方程式可以描述它,如薛丁格貓。本文將粗略講解下多重宇宙。
  • 「多重宇宙」真的存在嗎?
    我不相信其他宇宙的存在已經得到了證明——或者有一天能夠被證明。多重宇宙的擁護者,以及大幅擴大了物理現實概念的人,無疑正在重新定義「科學」的含義。跨越視界那些贊成廣泛意義上的多重宇宙的科學家,對於多重宇宙如何產生,以及它們位於何處,有著不同的看法。
  • 三千大千世界(多重宇宙)
    無量世界即宇宙之外有無量個宇宙這種宇宙觀與現代物理中的多重宇宙頗為相似02五百年前,人們普遍認為宇宙是渺小的,而我們的家園——地球是宇宙的中心一百年前,包括天文學家在內的很多人還在爭論,銀河系是否就是整個宇宙
  • 找不到證據的多重宇宙,對科學有害?
    ,是多重宇宙中的一個。儘管如此,許多人堅持認為,我們的宇宙實際上只是浩瀚的「多重宇宙」中的一粒塵埃。肖恩·卡羅爾(Sean Carroll)是一位精於雄辯且富有激情的多重宇宙理論研究者,他對多重宇宙的信仰源於量子力學,他認為後者是對現實最好的詮釋。卡羅爾在他的《量子世界和時空的出現》(Something Deeply Hidden)一書中斷言,量子力學並非只能描述微觀世界,它能描述包括人類在內的一切事物。
  • 多重宇宙、巧合宇宙、唯一宇宙、人擇宇宙等
    人類能想像出多少宇宙類型?一,多重宇宙。存在很多平行的宇宙,物理規律不同,人類只是生存於其中適合生命存在的宇宙。並且神使已過的事重新再來↔聖經《傳道書》二,巧合宇宙。人類現存宇宙的一切只是一種荒唐的巧合,是一種偶然。三,唯一宇宙。
  • 關於多重宇宙的幾個推論
    據量子物理學關於多重宇宙詮釋(MWI),我們生活在無限的交替時間網裡。
  • 多重宇宙論:人類宇宙是無數宇宙中的一個
    但是有一點是真實的:宇宙之外還有其他我們不知道的東西!但會是什麼呢?有人提出,也許是別的宇宙!比如說埃弗雷特就曾提出過「多世界理論」,但這個理論在之前被認為是非常荒謬的,就連哥本哈根學派也曾對此提出反對。
  • 多重宇宙,或許存在於時間和空間之外
    目前流行的永恆混沌暴脹理論預測,在更大的尺度上,是存在無數第一層次多重宇宙的,它們合起來構成了第二層次的多重宇宙。這個平行宇宙的設想是:整個空間將永遠不停地膨脹下去,但空間的某些區域會停止膨脹,從而形成一個個泡泡,就像發麵時,麵團裡的氣泡一樣。我們這一層次的多重宇宙(我們的宇宙加上相鄰的空間)就是一個泡泡,漂浮在一個更大卻幾乎空無一物的空間中。
  • 多重宇宙前傳:人擇的宇宙
    宇宙年輕時的膨脹速度過快,恆星和星系就無法形成了,因為物質會分得太開,引力不穩定性就無法讓物質結團了。相反,如果膨脹速度比臨界速度還慢很多,物質在宇宙早期就會結成緻密的團塊,宇宙中就會充滿黑洞而不是恆星。
  • 宇宙常數所引發的多重宇宙觀,世界上可能存在多個重疊的時空宇宙
    有多個宇宙這一想法叫做多重宇宙(multiverse)。這個假說並沒有實質上消除宇宙學常數必須精確取為觀測值這一問題。在這一假說中,我們並不是要求宇宙學常數有微調,而是假設我們居住的宇宙必須經過了精挑細選而且十分少見。但是,當我們把多重宇宙假設結合人擇原理(anthropic)來考慮時,事情就變得不一樣了。
  • 人擇宇宙和多重宇宙
    所謂「歷史的必然」,還有一個說法就是「人擇宇宙」。這又涉及量子力學和一大堆物理學家天文學家的表達。
  • 整個人類有多重、地球有多重、太陽、銀河系及宇宙有多少質量?
    二,地球有多重?太陽有多重?銀河系有多重?三,宇宙有多少質量?可觀測宇宙的直徑為930億光年,質量約為2.77*10^11個太陽質量;由於人類無法知道宇宙有多大,所以也無法知道宇宙的質量。看完以上敘述是不是有點荒謬的感覺,「奇點」(宇宙大爆炸之前的存在形式,它具有一系列奇異的性質,無限大的物質密度、無限彎曲的時空和無限趨近於0的熵值等。)一爆炸就有了現今宇宙中的一切。
  • 你是多重宇宙永恆論者還是單一宇宙存在論者?科學是如何解釋的
    多重宇宙指的是,宇宙每時每刻都在分裂成為多個副本,而你的多個副本存在於其他宇宙中。每一個副本的你都是一個清晰的意識存在。他們都有你的過去,但沒有你的未來。若你像許多物理學家一樣相信這兩種觀點,那麼你一定相信所謂的多我論。若你不同意這兩種觀點,那麼你就是單一宇宙存在論者。
  • 多重宇宙真的存在嗎?這三種多重宇宙每一種都讓你腦洞大開!
    如果「宇宙」是一切存在著的事物,它就不可能有兩個版本,否則,這一對傢伙就應該是真正的「一切」,這是個術語上的問題。物理學家們所說的「宇宙」,通常是對「可觀測宇宙」這個詞的一種不正式的說法,也就是說整個宇宙中我們目前為止所能看得見的部分,而談論多個不同的可觀測宇宙是沒有問題的。
  • 宇宙化學探究什麼,外星人的身體本質,太陽的年齡是如何確定的
    那麼如果把化學這門科學,在宇宙中呢,宇宙化學研究什麼呢。不會研究氫氣和氧氣如何生成水吧,如果是這樣那就太對不起「宇宙」這兩個字了!宇宙化學是天文學的一個分支,主要通過化學物質和各種元素的演變,來探究天體的發展規律!我們要探究生命的起源和生命的過往,一顆星體的發展。
  • 科學家發現「多重宇宙存在」!這意味著有多個版本的你...細思極恐
    最近,加拿大安大略周邊論物理研究所(Perimeter Institute)的科學家馬修·詹森(Matthew Johnson)及其同事提出的「氣泡海」理論,首次為多重宇宙論找到了可測試的方法。
  • 多重宇宙真的存在嗎?看了這篇連小白都能看懂的文章,你就明白了
    推崇「原子論」的古希臘哲學家(比如德謨克裡特)提出,宇宙有無限個。但亞里斯多德反對此說,堅稱宇宙只可能有一個。現如今,圍繞多重宇宙存在與否,一場類似的爭論也在上演。近幾十年來,宇宙學的進步暗示了多重宇宙的可能性,但並未提供證明。具體言之,暴脹理論提出,大爆炸發生後的瞬間,太空在短時間內急劇膨脹,接著進入緩慢膨脹階段,形成了如今地球、太陽、銀河系及其他億萬星系所在的宇宙。
  • 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
    毫無疑問,我們以及我們能感知到的萬事萬物都被包含在一個我們可見的宇宙之中。那麼,我們可見的這個宇宙到底從何而來?這個宇宙是有限的還是無限的?如果是有限的,宇宙的邊界在什麼地方?如果是無限的,這個「無限」代表的是什麼含義?所謂「奇點」真的存在嗎?宇宙會一直加速膨脹下去嗎?時間是真實存在的嗎?宇宙是真實的存在還是具有欺騙性質的虛擬?我們這個宇宙是唯一的嗎?
  • 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!
  • 《正義聯盟》「閃電俠」出獨立電影,DC超延伸多重宇宙挑戰漫威
    我們現在知道DC 電影宇宙將會被撕碎、變成讓人頭痛的多重世界,就是『DC 超延伸多重宇宙』,我打算這樣命名,大家歡迎引用!」   首部獨立電影即要挑戰如此容易被拍壞的概念,於DC多部電影扮演監製、顧問角色的編劇傑夫·強斯,則認為多重宇宙若要加入電影中,唯有閃電俠的電影最適合: 「我們將要嘗試的元素在其他地方都無法成立。」