多元宇宙:遙遠有多遠?

2021-02-25 星空天文

宇宙微波背景,圖片由美國宇航局威爾金森微波各向異性科學小組(NASA/WMAP Science Team)提供。

我們的宇宙是極其浩瀚和空曠的。即使數十億的行星可能有生命,大部分宇宙仍是不適宜生命生存的,而且我們與這些世界是無法進行接觸的。這還僅僅是針對銀河系而言,我們這個星系僅僅是可以看到宇宙(「可觀測宇宙」)的大約1千億分之一,而這個可觀測宇宙又僅僅是一個更大宇宙的一部分,這個更大的宇宙在空間上幾乎是無限延伸的。因此,根據系列理論,一種可能性開始湧現,即我們的宇宙只是一個多元宇宙的一部分。要理解這些想法,不可避免地會讓我們對自身產生一種極大的渺小感。

我們這個宇宙是否佔據了所有的特殊性,它是否可能僅僅是一個多元宇宙的一小部分?如果我們的可觀測宇宙只是多個宇宙中的一個,而又僅僅是唯一一個存在生命的,那我們是不是又會以某種方式回復到一種特殊的狀態?

在哥白尼發表其主要著作後的四個世紀中,他已經成為一個科學變革的符號:運用智慧來改變我們基於已有經驗常識對這個世界的思考方式。哥白尼原理實際上已是哥白尼原著思想的延伸。其主要觀點不僅是地球不是太陽系的中心,它已經擴展到了地球也不應該在整個宇宙中佔據任何特殊的地位。在某個假想行星上,在長著昆蟲眼睛的外星天文學家所能觀測到的宇宙中,星系的數量有可能和我們的可觀測宇宙不同,分布的方式也可能不同。假如我們不在這個行星上,而在一個完全不同的「口袋」宇宙中——那麼事情看起來是不是會與我們這個宇宙一樣?許多多元宇宙模型觀點認為,其它口袋宇宙與我們是分離的,而且那裡可能會有不同的物理參數,這就意味著它們可能完全不適合生命的存在。宇宙的宜居性可能僅僅是因為有某種恰到好處的物理屬性——也就是說在某些方面,這個宇宙相對地佔了一點優勢而已——例如生命的存在。這個問題被稱為「微調」,它所探討的是關於為何宇宙對於我們來說在各方面都顯得相當完美。對參數進行即使是極其微小的改變,也會使這個宇宙無法支撐生命,甚至會導致恆星和星系的毀滅。這是符合哥白尼原理的,因為我們與其它口袋宇宙沒有關聯,它們的地位也沒有任何特殊性。不過問題在於,我們所在的這個口袋宇宙是否擁有其特殊性?或者說擁有某種優先性?

我們沒有更多的證據來證明多元宇宙的存在,就像我們同樣無法證明地球之外存在生命一樣——但這兩者都是合理的。

多元宇宙的存在對許多人來說都不是一件讓人感到舒服的事,但是這不僅僅是一個觀點而已。暴脹——我們宇宙最初時刻的極速膨脹——幾乎肯定會在包含了我們可觀測宇宙在內的大宇宙中產生許多我們未曾接觸過的區域。從這個意義上來說,我們無需額外的假設,便可以得到一系列多元宇宙的理論,這些口袋宇宙都是平行宇宙,我們也無法和它們進行溝通,而且那裡的物理參數也有可能與我們的宇宙不同。假如我們可以在不同口袋宇宙的物理參數範圍間建立起某種聯繫,或許可以解決「微調」問題。多元宇宙可能會包含大量參數不同的口袋宇宙,而我們只是碰巧存在於一個恆星和星鼻鼴鼠都能夠存在的口袋宇宙裡而已。

暴脹的最佳證據來自宇宙微波背景(CMB):這種輻射是可觀測宇宙在逐漸變得透明時遺留下來的,那時大約是大爆炸發生後的38萬年。輻射的溫度在整個天空中幾乎是均勻分布的,假定宇宙一直都是按照現在的速度膨脹,那在整個可觀測宇宙的相對兩個方向間也沒有差異。暴脹可以解釋這些區域在宇宙非常年輕時是互相接觸的,而在宇宙微波背景產生後,快速的膨脹將它們分離了。暴脹理論並非是一件已經很明確的事——雖然大多數宇宙學家都已接受這個想法,觀測結果也在逐漸地將其它大多數可能性排除,但我們還是需要更為直接有效的新型測量方式。

假如你把10^500個可能存在的「真空狀態」——這是「弦理論景觀」中所描述的內容——中的任意一個當作是獨立存在的口袋宇宙,那麼多元宇宙在弦理論中也是存在的。無論是暴脹還是弦理論,口袋宇宙的存在是一個物理學問題,而不是形上學(存在論哲學)或玄學。這個問題的來源是宇宙大爆炸,因此也沒有辦法將它們和存在性建立起聯繫。即便不是「弦理論」或「弦理論景觀」的擁戴者,也不得不接受暴脹帶來的多元宇宙可能是真實的。無論怎樣,我們無需弦理論也能看到可觀測宇宙中多元宇宙存在的可能性。

我們知道這個宇宙是適合生命存在的,而且其所有物理參數也是與之明顯相符的。但除此之外就很難說了:我們沒有更多的證據來證明多元宇宙的存在,就像我們同樣無法證明地球之外存在生命一樣——但這兩者都是合理的。讓人感到不爽的是,其它口袋宇宙可能是存在的,但我們卻只能間接地了解它們。不過這也不能降低它們的真實性,只是讓人不爽罷了。

「微調」理論才是真正的難題,僅僅依靠多元宇宙理論無法解答。可行的方法是通過了解其它宇宙存在著什麼樣的參數。雖然存在著大量的平行口袋宇宙,但這並不會導致無限的可能性。因此只有對其它宇宙了解得更多——實際上僅僅需要確認它們存在——便能知道我們這個宇宙是否有其特殊性。

原載:Nautil.us

作者:Matthew Francis

編譯:老孫

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