什麼是平行宇宙?它是否真的存在於我們現實之中

2020-12-06 天文在線

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。

多元宇宙(多重宇宙)是一個由多個宇宙組成的假說群體,包括人類賴以生存的宇宙。這些宇宙共同組成了所有存在的一切:整個空間、時間、物質、能量、物理定律和描述它們的物理常數。多元宇宙中的不同宇宙被稱為「平行宇宙」、「其他宇宙」或「另類宇宙」。

概念的歷史

最早提出這個概念的是艾薩克·牛頓,在他的著作《OpTikes(1704)》中,提出了多元宇宙的概念:

「由於空間在無窮遠處是可分的,物質不一定在所有地方都是可分的,所以也可以允許上帝創造出大小和數字的物質粒子,並且可以創造出若干比例的空間,也可能具有不同密度和力的物質粒子,從而改變自然法則,並在宇宙的多個部分製造出幾種不同的世界。至少,我在這一切中都沒有看到矛盾。」

1952年,在都柏林,埃爾溫·薛丁格(Erwin Schrdinger)作了一次演講,他開玩笑地警告聽眾,他要說的話「似乎很瘋狂」。他說,當他的方程式似乎描述了幾個不同的歷史時,這些「不是可供選擇的事物,而是所有這些都是同時發生的」。

死與生:薛丁格的貓,Photo: ALAMY

簡要說明

多重宇宙的結構,其中每個宇宙的性質,以及這些宇宙之間的關係,從一個多重宇宙假說到另一個都有所不同。

在宇宙學、物理學、天文學、宗教、哲學、超個人心理學和文學,特別是在科幻小說和幻想中,已經假設了多個宇宙。在這些語境中,平行宇宙也被稱為「更替宇宙」、「量子宇宙」、「互穿維度」、「平行維度」、「平行世界」、「平行現實」、「量子現實」、「替代現實」、「交替時間線」、「交替維度」和「維度」。

物理學界繼續討論多元宇宙的假說。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。保羅·斯坦哈特(Paul Steinhardt)有一句名言,如果理論提供了所有可能的結果,那麼任何實驗都無法排除理論。

2007年,諾貝爾獎獲得者史蒂文·溫伯格(Steven Weinberg)提出,如果存在多元宇宙,那麼「對於我們在大爆炸中觀察到的標準模型的夸克質量和其他常數的精確值找到合理的解釋的希望是註定的,因為它們的值將是我們生活的多重宇宙中意外的特定部分。「

給我證據

大約在2010年,Stephen M. Feeney等科學家分析了威爾金森微波各向異性探測器(WMAP)的數據並聲稱找到證據表明我們的宇宙在遙遠的過去與其他(平行)宇宙發生過碰撞。然而,對WMAP和普朗克衛星的數據進行更徹底的分析(其解析度是WMAP的3倍)時,並沒有發現任何統計上顯著的證據證明這種泡沫宇宙發生過碰撞。此外,沒有證據表明其他宇宙對我們有引力作用。

「泡沫宇宙」示意圖,宇宙1到宇宙6各自有自己的物理常數,我們的「宇宙」不過是其中的一個「泡沫」而已,圖:由K1234567890y製作

多元宇宙理論的爭論

作者兼宇宙學家保羅·戴維斯(Paul Davies)在2003年《紐約時報》(New York Times)的一篇評論文章《多元宇宙的簡史》(A Brief History of Multiverse)中提出了各種觀點,認為多元宇宙理論是非科學的:

「首先,如何測試其他宇宙的存在?毫無疑問,所有的宇宙學家都承認宇宙中有些區域超出了我們的望遠鏡所能到達的範圍,但是在它之間的滑坡上,以及存在無數宇宙的觀點上,可信度都達到了極限。當一個人滑下那個斜坡時,越來越多的人必須接受信仰,越來越少的人開始接受科學的驗證。因此,極端多元宇宙的解釋令人聯想到神學的討論。的確,調用無限的看不見的宇宙來解釋我們看到的宇宙的不同尋常的特徵就像調用一個看不見的造物主一樣。多元宇宙理論可以用科學語言來裝扮,但本質上需要同樣的信仰飛躍。」

- Paul Davies,《紐約時報》,《多元宇宙簡史》

在2011年8月喬治·埃利斯(George Ellis)發表了一篇文章,對多元宇宙進行了批判,並指出它不是傳統的科學理論。他承認,多元宇宙被認為遠遠超出了宇宙論的範圍。他強調,理論是如此遙遠,以至於不可能找到任何證據。埃利斯還解釋說,一些理論家並不認為缺乏經驗可測性可證偽性是一個主要問題,但他反對這種思路:

「許多討論多重宇宙的物理學家,尤其是弦論地景(String theory landscape)的倡導者,並不太關心平行宇宙的本身。對他們來說,反對多元宇宙作為一個概念是不重要的。他們的理論基於內部的一致性生存或死亡的,人們都希望能夠看到,最終的實驗室測試結果。」

埃利斯說,科學家已經提出多元宇宙的概念作為解釋存在本質的一種方式。他指出,它最終使這些問題沒有得到解決,因為它是一個形上學的問題,無法通過經驗科學來解決。他認為觀測測試是科學的核心,不應放棄:

「儘管我對此持懷疑態度,但我認為對多重宇宙的冥想是一個極好的機會來反思科學的本質和存在的最終本質:我們為什麼在這裡……看到這個概念,我們需要一個開放的頭腦,雖然不太開放。這是一條微妙的道路。平行宇宙可能存在,也可能不存在;這種情況未被證實。我們將不得不忍受這種不確定性。基於科學的哲學思辨沒有任何問題,這是多元宇宙的建議。 但我們應該將它命名為它。」

- George Ellis,科學美國人,「多元宇宙真的存在嗎?」

薛丁格貓,開盒的一刻世界分裂。在這種解釋中,每一個事件都是一個分支點。圖:Christian Schirm

參考資料

1.WJ百科-英文版本(Multiverse)

2.天文學名詞

3.Erwin Schrdinger and the Quantum Revolution by John Gribbin: review

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