隨時會爆裂?我們的宇宙是其它宇宙的氣泡,時空泡沫理論迎復甦

2020-12-05 茶馬星球視野

從我們所處的地球來看,宇宙是一個光滑的巨大無比的廣闊區域,到處都是碩大的恆星和行星。當我們使用人類所擁有的最強大的測量工具,儘可能地近距離放大觀測宇宙時,原本希望能看到是什麼東西把它們連接在一起,然而鏡頭下的宇宙細節看起來卻像一塊空白的畫布。從數學上講,這根本說不通,我們一定是漏掉了什麼東西。

一些物理學家認為,如果我們能把宇宙顯微鏡調到足夠近的距離,我們就會發現量子泡沫:一種無限擴張的亞原子時空泡沫。

1955年,頗具影響力的物理學家約翰·惠勒提出,在量子層面上,時空不是恆定的,而是由不斷變化的微小氣泡組成的「泡沫」。至於這些氣泡是由什麼構成的?最近的研究表明,時空氣泡本質上是在我們自身內部短暫形成的微型宇宙。

量子時空泡沫理論非常符合量子世界的內在不確定性和不可預測論。量子時空泡沫將粒子位置和動量的量子不確定性擴展到宇宙的最基本結構,因此它的幾何結構不是穩定的、一致的或固定在一個微小的尺度上。

從數米高的空中看,行進中的螞蟻看起來是一條彎曲的黑線。再靠近一點,你可能會注意到這條「線」在不斷地移動。再放大一點,你就能看到單個螞蟻在行進。再走近一點,你就會看到這種昆蟲分節的身體、六條腿、觸鬚、下頜骨和其他特徵。你離得越近,物體就變得越複雜。科學家們相信,關於對宇宙的觀察同理,也應是類似的方式。

量子力學試圖提供一個統一的理論來解釋為什麼宇宙在膨脹,引力是如何工作的,以及引擎蓋下到底發生了什麼。但想要觀測宇宙的隱藏特徵卻面臨著難度很大的挑戰,其中大部分仍停留在理論層面。談到量子尺度的世界,就好像我們從空中的飛機窗口看地面上的一群螞蟻在森林中爬行。

物理學家們傾向於認為宇宙正在膨脹,而且自從大爆炸以來,宇宙的膨脹已經加速。這些事實使得之前長期存在的理論站不住腳,研究人員於是提出了各種各樣的假設,從涉及隨著宇宙擴展而延伸的彈性「 弦 」理論到涉及多個宇宙的古怪假設,大多數統一理論的核心思想是,某種看不見的或隱藏的暗物質和暗能量一定存在。

以前被認為是宇宙中真空的空間,現在必須被大量神秘的暗能量所填滿,以解釋對宇宙不斷加速膨脹的觀測。即便如此,對宇宙膨脹的觀測表明,其能量比量子場論預測的要低60到120個數量級。這意味著,當我們把宇宙看作一個整體時,所有這些額外的能量不知何故都消失了;要麼它們被有效地隱藏起來,要麼它們的性質與我們所知道的能量有很大不同。

為了解開宇宙的奧秘,理論物理學家正在通過以可能的最小規模研究宇宙中所謂的「時空」的結構,現在他們的發現令人驚訝,64年後約翰·惠勒的量子泡沫理論迎來復甦。

時空可能不再像行星科學家設想的像蹦床一樣,它可能是泡沫狀的一團混亂,其中包含微型宇宙,它們在泡沫體內生存和死亡。加州大學戴維斯分校的史蒂芬·卡利普教授,9月份發表了這項建立在惠勒的量子泡沫理論基礎上的研究,研究表明時空氣泡可以「隱藏」大規模的宇宙常數。

現代研究人員認為,我們可能正在接近一種技術,這種技術將用於實際觀測和測量暗能量或宇宙的任何組成部分。時空泡沫對暗能量的解釋基本上是說,常規物質之間的空間被類似暗物質的氣泡所佔據。它們使宇宙中的經典物質和能量不會變得無處不在,至少在理論上是這樣。

令人驚訝的是,根據現在的研究,這些氣泡有它們自己的連續體,他們是獨立的宇宙。時間在這些氣泡中不一定以同樣的方式工作,出於該理論的目的,也由於熵的概念,「時間箭頭」並不是解釋量子世界所必須的。

如果你是一塊被困在時空泡沫中的亞原子暗物質,你可能會經歷時間倒流、橫向流動,或者根本沒有。暗能量必須與經典的熱力學模型有所不同,同時要接受我們認為不可改變的部分。從理論上講,時空泡沫實現了這一點。這是一個潛在的證據,證明了「大統一理論」的存在,萬物之理認為,宇宙間所有現象都可以用微觀粒子間的四種作用來表示,它們分別是萬有引力、電磁力、強相互作用力、弱相互作用力。

如果時空泡沫是真實存在的,而且科學家可以證明它的存在,那麼這些認知將迫使我們考慮,我們自己的宇宙可能不過是別人宇宙中的一個小氣泡,隨時都可能爆裂。

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