宇宙茕茕孑立?宇宙中之宇宙

文章作者:勺子 | 2016-04-29
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始于大爆炸的宇宙膨胀是一个久经实证的物理现象。在过去的4 0 0年间,宇宙还经历了另一种膨胀——智力膨胀。这一膨胀也以一次“大爆炸”开始——1 7世纪早期,天文学家伽利略·加利雷与约翰尼斯·开普勒等人,打破了人们之前认为的是水晶球支撑着天体使其按正确轨道运行的观念,让人们认识到,恒星及行星运行的天幕,要比之前认为的远得多;也使我们认识到,夜空中的银河实际是我们在地球上看到的庞大星系,太阳只不过是其中的普通一员。

曾有一段时间,银河系被认为是整个宇宙。然而,随着天文望远镜的型号愈大,望程愈远,天文学家逐渐认识到,银河系只是许多这类星系中的一个。今天,宇宙在我们眼中是这样的:一个起源于138亿年前的、由多个星系构成的时空。

我们了解了宇宙演化过程中的某些细节,但对宇宙的基础构造是什么仍不清楚。一些物理学家认为,既然曾被认为是独一无二的银河系也只是一个普通存在,那宇宙可能并不是最终的边界。他们的观点是,宇宙是多元的。实际上,可能存在不止一种多元宇宙。这些论断着实远大,却难于证实。如果这些论断被证实,一些最难解决的生存问题将迎刃而解。

多元宇宙的主要倡导者之一是麻省理工学院的马克斯·特格马克。特格马克博士提出了多元宇宙可能存在的四种类型,普通人最多只能理解其中的三类,但这是一个好的开端。

宇宙中之宇宙

特格马克的多元宇宙中最简单的一种是对我们熟悉的宇宙的无限延伸。现在望远镜可以看到很远,但光速的有限性以及宇宙年龄的有限性,均意味着望远镜只能窥探到一定范围内的事物。假若宇宙是静止的,宇宙的半径就是138亿光年。实际上,由于大爆炸后的膨胀,宇宙的半径已经达到420亿光年。

物质能在宇宙半径之外延伸多远,我们无从知晓。一些理论认为,物质可以无限延伸。如果这种理论被证实,那么物质可能会分布在所有允许物质存在的空间,甚至会数量无限。可能存在无穷多个地球,上面都有读者翻阅着这篇文章。这些地方可能受自己宇宙的半径所限而被隔离开,成为一个个孤立的宇宙,这也正是现代科学所理解的宇宙。

这或许听起来令人诧异,但与特格马克第二种类型的多元宇宙比起来则平淡无奇。第一种类型假定物理定律到处都一样,但第二种类型认为不同宇宙的定律会不同。稍微修改物理定律就可能改变实体的本质,所以这些宇宙相互之间各不相同。

特格马克的多元宇宙中的第三类和第一类有相同之处,都假设物理定律在不同宇宙中都一样。但在这一类型中,随着时间流逝,构成多元宇宙的所有宇宙都在不停地相互分离。在这样一个多元宇宙中,每一个时刻,所有量子力学的不确定性所允许的可能发生的事情都会在某处发生。这里的某处便构成了一个全新的宇宙。

特格马克提出的最后一种多元宇宙的类型是所有相干数学体系共同描绘的某个类型的物理实体。现实中,这一类型的结构很难想象。相比物理学,这更像是形而上学。其他三种类型拓宽了物理理论的界限,但并没有逾越原来的界限。如果第二种和第三种类型被证明真的存在,每个类型都可以为宇宙实体解决一个深奥的问题;如果可观测的宇宙确实是一个容纳万物、终结万物的单一宇宙,那么这个问题就很难解决。

第二种多元宇宙的支持者认为,所有的宇宙都起源于类似于大爆炸的活动,从而产生了与人类所在宇宙相似的宇宙。大爆炸显著的特征就是膨胀,宇宙诞生后在很短的时间内出现了极大膨胀。原文地址:http://www.ufo-1.cn/article/201604/941.html

膨胀的观点是阿兰·古斯在1979年提出的。在古斯博士发表这一观点之后的几年中,安德瑞·林德把它进一步延伸,指出宇宙诞生于他所称的“膨胀场”。倘若这个场可以孕育人类能观测到的宇宙,就没有理由孕育不出其他的宇宙,也没理由表明这样孕育的宇宙应该有相同的物理定律。实际上,物理定律在各宇宙中不相同的理由倒是很充分。

这个理由在十几年前由几名物理学家提出,其中包括斯坦福大学的莱昂纳多·瑟斯康德以及英国皇家天文学会的马汀·里斯。他们说,弦论的方程式——对物质和能量的粒子及场的构成方式的深奥解读——有很多可能的解,一些与可观测的实体一致,而大多数则不然。瑟斯康德博士和里斯爵士表示,其他的解答正是对其他宇宙实体的描述。

这种观点理论上着实可喜,因为它与一个难解的问题有关,即可观测宇宙的条件为何能如此精准地符合人类的需求。只要稍微改变一些物理常量,例如电磁场强度常量,或者原子核作用力强度常量,这样的宇宙就不能维系人类或任何类似人类的生物的生存。

这个“精准符合”的难题被一些受造物主启迪的人解答了——是造物主将事物安排妥当,人类才赖以进化。但假若宇宙普遍存在,各宇宙的规律不同,那么“精准符合”难题以及对人类友好的造物主也就烟消云散了。我们不用再心存侥幸地说,至少有一个宇宙适合智能生物生存呀,因为有数以百亿计的宇宙并不适合。任何已有所进化的智能生物必然都会观察到,它们赖以生存的宇宙的物理规律正恰如其分地支撑着它们的存在。

第二种多元宇宙给“精准符合”难题提供了一个答案,第三种多元宇宙同样解决了20世纪的一个物理难题,即所谓的量子力学哥本哈根解释。实际上,这两种多元宇宙正是为此而提出的。

1900年之前,物理学家总体上将宇宙物质分为粒子和波。这种分法尤其适用于像光(波)以及原子(粒子)这类基础物质。但20世纪初期的几十年,科学家观测到光波具有粒子的行为,粒子有时也有光波的行为。波粒二象性成为量子力学的基础,用数学公式表达就是波函数。

维尔纳·海森堡于20世纪20年代在其著名的不确定性原理中表示,波函数蕴含着有关确定所描述粒子的位置的可能性以及粒子下一步可能的行为。一些结果要比另一些结果可能性更大,但实际只观察到一种结果。埃尔文·薛定谔与尼尔森·玻尔共同提出,对粒子的观察限制了观测的结果。用术语讲就是,观测这一行为本身使波函数坍塌为单一结果。

尽管量子行为是在研究单个基础粒子和光时发现的,但其适用于所有物体,不论物体多大。薛定谔用一个有名的思想实验展示了这一发现,即把一只猫放入有致死装置的盒子里,该装置由放射性单原子衰变引动。放射性衰变是符合波函数的现象,这也使得猫受到量子力学的控制。在装猫的盒子打开之前,猫的波函数处于生死不定的状态,打开后波函数就塌陷到生或死一方。波尔和薛定谔当时在哥本哈根工作,所以这座城市因他们的发现而在物理学历史上留名。

而20世纪50年代,美国的休·埃弗莱特对此提出了不同的解释。他发现,宇宙本身是可以用一个波函数描述的。他推断,实际上所有波函数允许发生的结果都会出现,而不是波函数的塌陷——不论是粒子、盒子里的猫,还是整个宇宙。其结果是,宇宙不断地进行多重分裂,最后成为多个子宇宙,而每个子宇宙都有各自的实体(死了的猫,活着的猫),但任何观测者(更准确地说,是同一观察者在这些宇宙之一中的任何未来本体)都只能看到一种结果。从观察者角度看,波函数看上去坍塌了,但实际并非这样。

赌一把?

理论上, 埃弗莱特的解释要比哥本哈根解释更令人满意,因为没人能解释清楚观测本身的举动如何导致波函数塌陷。但真解释不清吗?

这个问题对各种版本的多元宇宙理论来讲都至关重要。伦敦帝国学院的史蒂夫·菲尼想知道第二种多元宇宙是否会像比邻的肥皂泡一样,相互对接,并会在彼此的空间留下痕迹。他推断,这些痕迹可能在大爆炸后瞬间产生的宇宙微波背景下出现,尽管目前还没有任何发现。

还有一个实验能检测实验者对多元宇宙的信念,不过并不能证明第三种多元宇宙的存在。这个实验又名为俄罗斯转盘量子实验,是薛定谔的猫实验的另一个版本,只是用实验者替代了不幸的猫。在一些未来中,他会死掉;另一些未来中,他还会活着。但从他的角度看,既然他只能意识到活着,那他将来意识到的也只是他活着的事实。有愿意赌一把的吗?

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