观看麻省理工宇宙学家多元宇宙理论争辩有感,为大家简单说明

物理学家说,我们的宇宙可能是众多宇宙中的一个。

对我们来说,宇宙是巨大的,我们现在意识到宇宙或多元宇宙的巨大程度是多么不可思议。它现在是人类的终极问题之一,现在,我们还没有足够的知识去解决它。但是,最近一些宇宙学家系统的讨论了这些问题(有一些视频),我为大家简单的介绍一下(我不懂的就不说了,只说一下视频中我明白的部分)

有多少个宇宙?

如果我们将“宇宙”定义为“存在的一切”或“所有存在的一切”,那么很明显,根据这个定义,只有一个宇宙。但如果我们将“宇宙”定义为“我们所能看到的一切”(无论我们的望远镜有多大)或“时空区域的膨胀”,那么许多宇宙可能确实存在。科学中没有比这更令人敬畏,更雄伟的了。

那么“多重宇宙”是什么呢?

观看麻省理工宇宙学家多元宇宙理论争辩有感,为大家简单说明​正如物理学家、诺贝尔奖得主史蒂文·温伯格在“Closer result”被采访时像我们解释的那样:我认为‘宇宙’这个词应该是指整个事物,也就是一切。但是当我们想到“宇宙”的时候,我们有时会用大爆炸这个词来形容宇宙的起点,我们的现代科学可以在四面八方看到距离我们几十亿光年的天体。以这种方式,我们就会想到一些问题:我们的宇宙是独一无二的吗?有多个大爆炸吗?会有多个不同意义上的大爆炸吗?

我们开始称它为‘多元宇宙’,这意味着不相连时空中有无数区域的整体,现就职于斯坦福大学的俄罗斯裔美国物理学家安德烈·林德说:“永恒的混沌膨胀”理论产生了不断增加的宇宙。科学家们创造了“多元宇宙”这个新词,林德在视频中解释到,“因为我们发现,我们所称的‘宇宙’可以被划分成非常大的区域,这些区域可能有不同的物理定律。其中一部分可能适合,另一部分则不合适。

林德把“宇宙”描绘成画布上的彩绘气球或气泡,通过永恒的混乱膨胀“挤出”彼此。每个气泡都是一个独立的宇宙,每个宇宙都有不同的物理定律。整个宇宙的集合,多元宇宙,是不可理解的广阔,而且这些气泡会越来越多。

这样的多元宇宙仅仅是猜测吗?当然,它并不像量子物理学或粒子物理学的标准模型那样被科学家广泛接受。但它是由真正的科学所激发的,它是从宇宙学方程中得到的,这些方程最优地解释了我们宇宙的起源和结构。事实上,在林德的一些数学模型中,宇宙膨胀是永恒膨胀的。在数年后也许多元宇宙理论会被证实,但是现在,我们还没有这个能力,只能根据现有证据提出设想。

宇宙膨胀

观看麻省理工宇宙学家多元宇宙理论争辩有感,为大家简单说明​在“Closer result”的采访中,著名宇宙学家古斯这样描述了宇宙膨胀:我们的宇宙开始于一个惊人的短暂时期,由一种特殊的物质状态(称为假真空)驱动着巨大的指数膨胀,实际上是产生了一种引力斥力。(古斯的“惊人的短暂周期”的确是惊人的短暂——从宇宙起源T0之后的10^-36秒到大约10^-32秒)。”

根据量子场论,“真空”一词表示空间局部的最小能量,但不是最低能量或者无能量。最初的膨胀结束后,空间在这短暂的一秒内成倍膨胀,成为我们说到的大爆炸,在这个大爆炸中,锁在真空中的巨大能量被释放并转化为早期宇宙的能量和物质。这种能量产生了难以想象的热和均匀粒子,这是传统大爆炸理论的起点。

但根据宇宙膨胀模型,虽然真空的衰变在膨胀空间的某一部分触发了大爆炸,但这种衰变并不发生在所有膨胀的空间中,因为并非所有的膨胀空间都同时衰变。这些变化的衰变率为我们提供了特殊的想法,使我们想到了多个宇宙能够无休止地产生。

每一个衰变都会产生一个所谓的“区域宇宙”,这是古斯关于一个连接的时空区域的术语。因为膨胀的速度比衰变的速度快得多,所以产生了新的区域,新的衰变潜力,以及新的区域宇宙的潜力。

真空的负引力压力(在不衰减的空间部分)继续产生一个引力场,而引力场是膨胀空间指数膨胀的驱动力。这为局部衰变创造了更多的机会,而这反过来又会产生无限的区域宇宙。再一次,是因为假真空空间的膨胀速度,也就是空间的延伸,超过了产生大爆炸的假真空空间的衰变速率,所以产生多个宇宙的过程从未停止过。

马萨诸塞州塔夫茨大学的宇宙学家亚历克斯·维伦金解释说,“由于这些气泡或区域宇宙之间的空间正在迅速扩大,所以正在为新的气泡形成空间,因此在膨胀过程中会形成无限数量的区域宇宙。”

多元宇宙有多大呢?

根据古斯的模型,我们的多重宇宙至少比我们可观测的宇宙大10^23倍(因为膨胀至少需要宇宙大小的100倍,2^100=大约10^30)。古斯说到:因此,我们可见宇宙的浩瀚,只是我们自己膨胀的宇宙中的一个微不足道的斑点。而这个宇宙本身只是一个子宇宙,存在于无限数量的其他母宇宙中。

多重宇宙的层次划分

麻省理工学院的宇宙学家马克斯·特格马克更进一步推理。他设想了四种可能存在的宇宙层次,并给它们贴上了“等级”标签:

一级是我们的宇宙:我们宇宙中的空间远远超出了我们所能看到的范围,也许永远存在——这意味着无限多的其他区域存在于我们自己的母宇宙中,就像我们的可观测的宇宙,在那里物理定律是相同的。

二级母宇宙:无限多的宇宙存在于与我们宇宙相同的时空中,但它们与我们自己的宇宙永久分离,其中每一个宇宙的物理定律都是不同的(林德永恒的混沌膨胀和潜在的弦理论描述到了这一点)。

三级希尔伯特空间:存在一种不同于宇宙时空的空间(称为“希尔伯特空间”,它是无限维度和抽象的),量子力学定律通过无数分支产生多个宇宙。(这是基于量子波函数,它是系统量子态的概率振幅)。宇宙以每一秒的时间分裂成不同的世界,无论是在普朗克时间,即10^-43秒(光子以光速行进的时间,以10^-35米的速度行走),还是在观察时的每一刹那。就我们这种空间而言,它很微妙。从某种意义上说,它们就在这里,只是扩展到了不同的空间(希尔伯特)。(这是量子力学的“多元宇宙”解释,由当时相对不知名的物理学家休·埃弗雷特于1957年提出,现在享有较高威望)

观看麻省理工宇宙学家多元宇宙理论争辩有感,为大家简单说明​史蒂文·温伯格,他是德克萨斯大学奥斯汀分校粒子物理学标准模型的创始人,他谈到了其他类型的多重宇宙。他说到:还有另一种可能性,这是比较容易想象的,我们的大爆炸可能会有一系列其他的撞击,我们的宇宙将转变成不同的宇宙。”这样我们才能活在一个特定的时代。

温伯格接着说:“还有其他的可能性,这些可能性更明显。”量子力学可以应用于整个宇宙。“因为量子力学中的基本量子不是单个粒子,而是一种叫做“波函数”的东西,它描述了所有的可能性,它可能是宇宙,综合宇宙,整个事物,是某种不同可能性的量子力学叠加。

反对的声音也是此起彼伏

并不是每个宇宙学家都完全相信多元宇宙。正如宇宙学家乔治·埃利斯说的那样,我不喜欢多元宇宙这个词。我喜欢单一宇宙的想法。他补充说到:对我们来说,宇宙”在定义上是每一个物理事物的存在。此外,他强调了时空其他领域的基本问题,因为我们看不到它们,我们无法证明关于它们的任何东西。

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乔治·埃利斯说:要得到一个多元宇宙,你需要一个宇宙生成机制,某种东西会使多元宇宙的所有大爆炸发生,你需要一些物理定律。所有的多重宇宙理论大部分假设是量子物理学提供的,为的就是使事情发生。戴维斯说,物理定律有大约10个不同的基本假设,这是让多元宇宙理论发挥其作用所必需的。

戴维斯在直播时说了一句深奥的话:好吧,这些定律都是从哪里来的?那么那些最初产生所有宇宙的元定律呢?他们从哪里来的?那么,将不同的局部规律强加于每个单独的宇宙的法律或元法则又如何呢?它们是如何工作的?什么是分配机制?戴维斯认为,多元宇宙理论所做的唯一的事情就是把存在的问题从一个宇宙的层次转移到多个宇宙的层次上。但你现在还没有解释它,戴维斯最后断言,多元宇宙的理论是彻头彻尾失败的。

然后戴维斯进行了犀利的比较。戴维斯说到:对我来说,多元宇宙的解释并不比传统宗教更好。传统宗教呼吁一个看不见的、无法解释的上帝——一个在宇宙之外的全能上帝来解释宇宙。事实上,我认为这两种解释-多元宇宙和上帝几乎是相同的。但是对戴维斯来说,这种对等并不是一种恭维。

(直播进行到此时,我就有点听不懂了,大家你一言我一语,都吵起来了……)

七种多元宇宙汇总

那么写到这里,我的看法是什么?在过去一段时间,在多元宇宙理论不断辩论的情况下,我试着去评估各种可能性。我喜欢把事物分类,辨别范围和广度。

观看麻省理工宇宙学家多元宇宙理论争辩有感,为大家简单说明​我们普通时空的不同空间区域可能存在于我们自己的宇宙中,然而遥远的地方,即使恒星的光以光速行进,也永远没有足够的时间到达我们(宇宙膨胀产生的)。

我们的普通时空的不同时间周期可能存在于我们自己的区域宇宙中,因此多个宇宙是按顺序出现的,而不是平行的(由宇宙膨胀和收缩循环)。

空间和时间的不同维度可能存在,在更高的维度中,完全独立的现实可能存在。这些不同的维度在某种意义上也可能非常接近。量子力学的波函数(和奇异性)可以创造不同的历史,在每一个转瞬即逝的瞬间(例如普朗克时间的每一刻),所有的现实都分裂成许多世界(以波函数作为客观现实)。

任何可以用一致的数学系统来表达的东西,实际上都可以存在于某种现实中。分裂原则或宇宙膜态现实主义原则可能会起作用:任何类型的可能性,无论是可以想象的还是无法想象的,都确实存在。

更重要的是,这些多元宇宙的机制并不是相互排斥的。有几个,甚至所有的,都可能是真的。它们可以不同的方式存在,一种是在另一种内部,另一种是在一种内部,十分的复杂。我们只能把如此重责大任交给后代来验证了。现在的我们羽翼未丰。

所有的东西都存在吗?

在多元宇宙中,一个人无法避免无限,而无限也会做一些奇怪的事情。在一个多元宇宙中有两种可能的无穷大:第一类:单个宇宙的大小可能是无限的(在我们的宇宙中),或者第二类:一个多宇宙中的所有独立宇宙在数量上都可以是无限的(无论任何一个或所有宇宙本身的大小都是无限的)。

观看麻省理工宇宙学家多元宇宙理论争辩有感,为大家简单说明​任何一个无穷大的后果都变得很奇怪。首先,即使是希尔伯特多重宇宙,假设它是无限的,也必须包含一切物理上可能的东西。这意味着,例如,每一个“星球大战”场景都存在,包括那些没有进入电影中的场景,甚至所有那些作者都没有想到的场景!

同样地,只要有足够的空间来进行无休止的粒子铺设(一个无限大的宇宙当然有足够的空间),就肯定有一个与我们的空间完全相同的空间,与你我完全相同的人。泰格马克估计,我们距离那个他们有10^10^28光年远。

要清楚的是,一个真正无限的宇宙意味着任何不可能的事情(无论多么模糊)都会发生,而且必须发生,还可能是无限次发生。无限宇宙将永远存在,不仅会产生难以计数的变化,而且还会有不可数的变数。这就是真正的奇怪的无限本质。

在这里,我比较赞同多元宇宙理论,虽然它还不健全。最后一个问题:

多元宇宙会破坏上帝吗?它们之间有什么联系?

如果多个宇宙是真实的,特别是如果一个真正的无限宇宙真的存在的话,那么我们的世界观就会改变。一切都变了。不管你相信什么——即使是关于上帝或者老天爷(上帝存在?上帝不存在?),这都是一样的。如果物质世界存在,那么物质世界就会变得不可思议的大。如果一个无限的上帝存在,那么上帝的无限就会被科学所表达,并丰富了新的意义。

最后为了给大家更大的想象空间,我为大家带来一组影视图片,这组影视图片对于多元宇宙的刻画有明显错误,但是还是可以大概参考一下,毕竟想象是无限的。

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这个光球已经到达了宇宙的结构,它的速度理论上已经和光速持平。大家看到的结构是宇宙丝状结构

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冲出宇宙的那一刻,影视模拟,外面气泡一样的就是多元宇宙。而我相信母宇宙是不会有太多光芒的……但是也不能绝对的说。

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​最后,他到达了多元宇宙,身后的每一个气泡都是一个宇宙。

文章到这里就结束了,我看了麻省理工学院宇宙学家的讨论,写出了这篇文章。现在想要简单考考大家,如果大家答对了,那就说明这篇文章看懂啦,如果没答对,就还需要多看一下了。

问:上图的多元宇宙处于多元宇宙量级的第几量级?

欢迎在评论区回复,我会逐条回复


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