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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。