存在有不同自然科學定律的宇宙?物理可以?數學不行?

2020-12-04 天文在線

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是否有可能在某個地方存在著具有和我們現在不同的物理和數學定律的無限宇宙呢?

宇宙 圖源:hatenablog

不同的物理定律?絕對。據我們目前所知,控制宇宙的物理定律沒有先驗。

當然,我們期望物理定律具有邏輯上的一致性,並且,為了能使有意識的觀察者存在於宇宙,這些定律必須和某些基本準則相一致;宇宙應該可能會是因果的(儘管或許這種因果關係不是那麼的嚴格;誰又知道呢,也許在一個充滿魔法的宇宙中,某些形式的因果關係有可能是違規的!),並且它們顯然必須允許複雜性的出現以使生命得以形成。但這不一定是我們所熟悉的那種複雜性:它可以是完全不同的物理定律,並導致物質的形成完全不同,與我們的宇宙中使生命成為可能的物質的低能量行為(原子、分子、化學物質、有機化學等等)毫無聯繫。

不同的數學定律?這種事情是不存在的。數學定律不同於物理定律,它不是可供選擇的物體。以π值為例,它不是任何宇宙的物理性質,而是一個從最基礎的概念開始的,基本的、嚴謹的結論,比如,集合論的基本公理。同時,不同的起點不會導致不同的數學。我們至少已經知道,自哥德爾起,所有的自洽公理系統都是基本等效的:因此,不論你是從集合論開始,幾何學開始,數論開始,或者是其它任何能充分有力地構建一個完整的數學體系的數學方法開始,你最終都能得到完全相同的π值。

前面已經說過,思考一些事實並非如此的事也是有趣的。這正是格雷格·伊根在他的科幻短篇小說《閃光》中所做的那樣。書中發現,直到某人使用公理系統探索數學命題之前,數學中的某些命題還沒有定論,而使用不同的公理系統會得到不同的結論;結果就是生活在完全不同的生存平面中的兩個文明之間會產生對決,但是通過使用強大的算法來發現(並因此改變)數學證明並由此揭開構成另一個宇宙基礎的數學的威脅,從而相互威脅彼此的存在。好的數學科幻小說是很少見的,我也非常喜歡伊根的故事。但這是虛構的。

格雷格·伊根 《閃光》 圖源:bibliopolis

李·斯莫林曾提出一個理論去解釋宇宙學中最麻煩的問題之一,該問題如下:

為什麼各種各樣的物理常數都被調整得如此細緻?如果它們中的任何一個改變十億分之一,那麼宇宙就會坍塌變成一碗無趣的湯。

宇宙坍塌 圖源:tieba

宇宙學家們對此唯一的回答是「因為……」,但是李·斯莫林提出了一個絕妙的理論——以下是前提:

有成千上萬的宇宙,每一個好比一個氣泡,在某些無法想像的「空間」形成一個泡沫——人口

平行宇宙 宇宙氣泡

黑洞奇點實際上是另一個子宇宙的大爆炸奇點——即黑洞是嬰兒宇宙——繁殖

宇宙奇點 圖源:gan-ren

黑洞內部形成的宇宙有著源於其父輩但隨機變化的物理常數——繼承/突變

宇宙黑洞

擁有更多恆星的宇宙有更多的黑洞——繁殖適度

這些前提不是非常令人難以置信——事實上假設我們所存在的宇宙是唯一的是非常傲慢的。

這些前提的結合引出如下結論:宇宙通過自然選擇演化出物理常數,而最成功的(常見的)一種將會有許多恆星和黑洞,就像我們所生存的宇宙這樣——BTW也是理想的生命的演化。

從定義上來說,無窮意味著一切。不僅僅是可能,更是一種必然。我們能找到那些宇宙嗎?我懷疑一個有著一套物理定律的宇宙是可以被其他宇宙的人觀察到的。

更進一步來說,就我所理解的數學,這個宇宙是有可能具有與我們目前相信的不同的物理和數學定律。數學描述我們認為已經發現的定律,它並沒有規定那些定律實際上是什麼。僅僅是因為數學已經準確預測了目前的許多事情,那並不意味著它對所有事情都是正確的。

行星軌道 圖源:news

比如說,當假設行星處於繞太陽的圓軌道中運行時,那個年代的數學是支持這一理論的。當觀察到行星遵循橢圓軌道運行時,就發明了微積分。

弦理論 圖源:toutiao

我們不知道接下來哪一個假設會被證明不正確。我們也許會發現有關引力或者弦理論的新知識,並且可能需要開發一種新的數學去描述它。

參考資料

1.維基百科全書

2.天文學名詞

3.quora-我在聽風聲

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