【罕见】多元宇宙概念 (多元宇宙)

无穷宇宙,在宇宙中存有大量的可观测区(有着红色十字中心的红圈),我们的“宇宙”不过是其中的一个可观测区而已

根据现代物理学,这远不是一个虚构的想法,而是可以存在多个宇宙。。然而,理论阐述它们的存在是一回事,实际真正发现它们的存在就是另一件事了。这是现代物理学正在努力解决的问题,它通过观察来自大爆炸时代的远距离光信号来作为数据。

什么是多元宇宙呢?

正如我们的宇宙包括所有的恒星、星系、行星和其它结构存在且能被研究,物理学家怀疑同样存在其它充满物质和空间的宇宙。它们可能和我们的宇宙极其相似,也可能不同。比如,它们可能存在不同的物理定律,它们不一定与我们相交,但它们可能相撞。

图解:“泡沫宇宙”示意图,宇宙1到宇宙6各自有自己的物理常数,我们的“宇宙”不过是其中的一个“泡沫”而已

一些理论学家甚至解释说,每个人在其它宇宙都有一个孪生或者镜像。这是一种对于多元宇宙理论的解释,称为“多世界”理论。它的思想是有很多宇宙。例如,星际迷航的粉丝们会从《魔镜魔镜》原著中的“魔镜魔镜”、《平行人生》中的“平行人生”等情节中理解到这一点。

图解:“振荡宇宙”示意图,大爆炸后宇宙膨胀,其后又在重力作用之下开始收缩,然后接着是大挤压,在大挤压之后的下一次大爆炸被称为大反弹

另一种从量子物理学的角度对多元宇宙解释相对而言相当复杂,量子物理学是物理学中很小的一个方向。它主要解释原子和亚原子粒子(组成原子)级别的相互作用。简单来说,量子物理学解释小的相互作用-量子相互作用的发生。当发生量子级别相互作用时,它们会产生巨大的影响,并从这些相互作用中创造出无穷无尽的可能性。

举个例子,想象一下在我们的宇宙中,一个人在去开会的路上走错了方向。他们错过了会议,失去了进行新项目的机会。如果他们没有错过转弯,他们就会去开会,得到那个项目了。或者,他们错过了转弯和会议,但遇到了另一个人,他给了他们一个更好的项目。这存在无穷无尽的可能性,而每一种可能性(如果发生的话)都会引发无穷无尽的后果。在平行宇宙中,所有这些行为、反应和结果都发生在每个宇宙中。

图解:1927年第五次索尔维会议,此次会议主题为“电子和光子”,世界上最主要的物理学家聚集在一起讨论新近表述的量子理论。

这意味着在平行宇宙中,所有可能的结果都可能同时发生。然而,我们只能观察我们自己宇宙中的行为。所有发生在其它宇宙的其他的行为,我们没有观察到,但它们是平行发生的。我们没有观察到它们,但在理论上它们的确是发生了。

多元宇宙能够存在么?

支持多重宇宙的论点涉及许多有趣的思维实验。人们深入研究宇宙学(研究宇宙的起源和演化)和所谓的微调问题。这就是说,随着我们逐渐理解宇宙的构成方式,我们在宇宙中的存在也变得更加不稳定。物理学家研究了宇宙自大爆炸以来随时间变化的方式,他们怀疑,如果宇宙的早期条件稍有不同,我们的宇宙可能已经进化为不适合生命生存。

图解:哈勃超深空场描绘了远古时代的星系图景,根据大爆炸理论,它们处于一个更年轻、更致密且更炽热的宇宙。

实际上,如果一个宇宙是自发形成的,物理学家会期望它能自然坍塌或者快速膨胀,以至于粒子之间不会真正发生相互作用。英国物理学家马丁·里斯爵士在他的经典著作《只有六个数字:塑造宇宙的深层力量》中对这一观点进行了广泛的论述。

多元宇宙和一个创造者

一些人在使用宇宙中“微调”属性的概念时,认为需要一个创造者。Tgbe的存在(没有证据)并不能解释宇宙的性质。物理学家想要理解这些特质,并且不引用任何一种上帝。

图解:描述宇宙膨胀的艺术构想图,其中横坐标表示宇宙演化的时间,而对应的空间尺寸(包括想象中的不可观测部分)都用相应的圆横截面表示。左端表示在暴胀时期发生的急速膨胀(注意不成实际比例),而当宇宙演化到中期时开始加速膨胀。而微波背景辐射的形成、恒星形成、星系形成以及WMAP的出现都在相应的时间上表示出来。 图片来自2006年的WMAP新闻发布会。

最简单的解决办法就是说,“好的,就是这样。”然而,这并不是一个真正的解释。它只是代表了一个非凡的幸运突破,一个单一的宇宙将会诞生,而这个宇宙恰好具有进化成生命所需要的非常精确的属性。大多数物理性质会导致宇宙瞬间坍塌为虚无。或者,它继续存在,并扩展成一片虚无的大海。这不仅是试图解释人类碰巧存在的问题,还能解释任何种类的宇宙的存在。

另一种非常符合量子物理学的想法是,确实存在大量具有不同性质的宇宙。在这个多元宇宙中,其中的一些子集(包括我们自己的)将包含允许它们存在相对较长时间的属性。这意味着一个子集(包括我们自己的宇宙)将具有使它们形成复杂化学物质并最终形成生命的属性。其它宇宙不会。这是允许的,因为量子物理学告诉我们所有的可能性都可以存在。

弦论和多元宇宙

弦理论(物质的所有不同基本粒子都是一种叫做“弦”的基本物体的表现形式)最近开始支持这一观点。这是因为存在对于弦理论的大量可能解释。换句话说,如果弦理论是正确的,那么存在许多不同的方法构建宇宙。

弦理论提出了额外维度的概念,同时它包含了一个结构,用来考虑其他宇宙的可能位置。我们的宇宙,包括四个时空维度,似乎存在于一个可能包含多达11个维度的宇宙中。这个多维“区域”通常被弦理论学家称为主体。我们没有理由认为,除了我们自己的宇宙之外,主体宇宙不可能包含其他宇宙。所以,这有点像宇宙的宇宙。

探测是一个问题

多元宇宙的存在问题相对于探测其它宇宙的存在更为次要。到目前为止,还没有人找到另一个宇宙存在的确凿证据。但这并不意味着他们不存在。我们可能尚未认识或探测到存在的证据。或者我们的探测器不够灵敏。但未来,物理学家们一定能找到一种方法,利用坚实的数据来寻找平行宇宙,并测量它们的一些性质。然而,这可能还有很长的路要走。