觀看麻省理工宇宙學家多元宇宙理論爭辯有感,爲大家簡單說明

物理學家說,我們的宇宙可能是眾多宇宙中的一個。

對我們來說,宇宙是巨大的,我們現在意識到宇宙或多元宇宙的巨大程度是多麼不可思議。它現在是人類的終極問題之一,現在,我們還沒有足夠的知識去解決它。但是,最近一些宇宙學家系統的討論了這些問題(有一些視頻),我為大家簡單的介紹一下(我不懂的就不說了,只說一下視頻中我明白的部分)

有多少個宇宙?

如果我們將“宇宙”定義為“存在的一切”或“所有存在的一切”,那麼很明顯,根據這個定義,只有一個宇宙。但如果我們將“宇宙”定義為“我們所能看到的一切”(無論我們的望遠鏡有多大)或“時空區域的膨脹”,那麼許多宇宙可能確實存在。科學中沒有比這更令人敬畏,更雄偉的了。

那麼“多重宇宙”是什麼呢?

觀看麻省理工宇宙學家多元宇宙理論爭辯有感,為大家簡單說明​正如物理學家、諾貝爾獎得主史蒂文·溫伯格在“Closer result”被採訪時像我們解釋的那樣:我認為‘宇宙’這個詞應該是指整個事物,也就是一切。但是當我們想到“宇宙”的時候,我們有時會用大爆炸這個詞來形容宇宙的起點,我們的現代科學可以在四面八方看到距離我們幾十億光年的天體。以這種方式,我們就會想到一些問題:我們的宇宙是獨一無二的嗎?有多個大爆炸嗎?會有多個不同意義上的大爆炸嗎?

我們開始稱它為‘多元宇宙’,這意味著不相連時空中有無數區域的整體,現就職於斯坦福大學的俄羅斯裔美國物理學家安德烈·林德說:“永恆的混沌膨脹”理論產生了不斷增加的宇宙。科學家們創造了“多元宇宙”這個新詞,林德在視頻中解釋到,“因為我們發現,我們所稱的‘宇宙’可以被劃分成非常大的區域,這些區域可能有不同的物理定律。其中一部分可能適合,另一部分則不合適。

林德把“宇宙”描繪成畫布上的彩繪氣球或氣泡,通過永恆的混亂膨脹“擠出”彼此。每個氣泡都是一個獨立的宇宙,每個宇宙都有不同的物理定律。整個宇宙的集合,多元宇宙,是不可理解的廣闊,而且這些氣泡會越來越多。

這樣的多元宇宙僅僅是猜測嗎?當然,它並不像量子物理學或粒子物理學的標準模型那樣被科學家廣泛接受。但它是由真正的科學所激發的,它是從宇宙學方程中得到的,這些方程最優地解釋了我們宇宙的起源和結構。事實上,在林德的一些數學模型中,宇宙膨脹是永恆膨脹的。在數年後也許多元宇宙理論會被證實,但是現在,我們還沒有這個能力,只能根據現有證據提出設想。

宇宙膨脹

觀看麻省理工宇宙學家多元宇宙理論爭辯有感,為大家簡單說明​在“Closer result”的採訪中,著名宇宙學家古斯這樣描述了宇宙膨脹:我們的宇宙開始於一個驚人的短暫時期,由一種特殊的物質狀態(稱為假真空)驅動著巨大的指數膨脹,實際上是產生了一種引力斥力。(古斯的“驚人的短暫週期”的確是驚人的短暫——從宇宙起源T0之後的10^-36秒到大約10^-32秒)。”

根據量子場論,“真空”一詞表示空間局部的最小能量,但不是最低能量或者無能量。最初的膨脹結束後,空間在這短暫的一秒內成倍膨脹,成為我們說到的大爆炸,在這個大爆炸中,鎖在真空中的巨大能量被釋放並轉化為早期宇宙的能量和物質。這種能量產生了難以想象的熱和均勻粒子,這是傳統大爆炸理論的起點。

但根據宇宙膨脹模型,雖然真空的衰變在膨脹空間的某一部分觸發了大爆炸,但這種衰變並不發生在所有膨脹的空間中,因為並非所有的膨脹空間都同時衰變。這些變化的衰變率為我們提供了特殊的想法,使我們想到了多個宇宙能夠無休止地產生。

每一個衰變都會產生一個所謂的“區域宇宙”,這是古斯關於一個連接的時空區域的術語。因為膨脹的速度比衰變的速度快得多,所以產生了新的區域,新的衰變潛力,以及新的區域宇宙的潛力。

真空的負引力壓力(在不衰減的空間部分)繼續產生一個引力場,而引力場是膨脹空間指數膨脹的驅動力。這為局部衰變創造了更多的機會,而這反過來又會產生無限的區域宇宙。再一次,是因為假真空空間的膨脹速度,也就是空間的延伸,超過了產生大爆炸的假真空空間的衰變速率,所以產生多個宇宙的過程從未停止過。

馬薩諸塞州塔夫茨大學的宇宙學家亞歷克斯·維倫金解釋說,“由於這些氣泡或區域宇宙之間的空間正在迅速擴大,所以正在為新的氣泡形成空間,因此在膨脹過程中會形成無限數量的區域宇宙。”

多元宇宙有多大呢?

根據古斯的模型,我們的多重宇宙至少比我們可觀測的宇宙大10^23倍(因為膨脹至少需要宇宙大小的100倍,2^100=大約10^30)。古斯說到:因此,我們可見宇宙的浩瀚,只是我們自己膨脹的宇宙中的一個微不足道的斑點。而這個宇宙本身只是一個子宇宙,存在於無限數量的其他母宇宙中。

多重宇宙的層次劃分

麻省理工學院的宇宙學家馬克斯·特格馬克更進一步推理。他設想了四種可能存在的宇宙層次,並給它們貼上了“等級”標籤:

一級是我們的宇宙:我們宇宙中的空間遠遠超出了我們所能看到的範圍,也許永遠存在——這意味著無限多的其他區域存在於我們自己的母宇宙中,就像我們的可觀測的宇宙,在那裡物理定律是相同的。

二級母宇宙:無限多的宇宙存在於與我們宇宙相同的時空中,但它們與我們自己的宇宙永久分離,其中每一個宇宙的物理定律都是不同的(林德永恆的混沌膨脹和潛在的弦理論描述到了這一點)。

三級希爾伯特空間:存在一種不同於宇宙時空的空間(稱為“希爾伯特空間”,它是無限維度和抽象的),量子力學定律通過無數分支產生多個宇宙。(這是基於量子波函數,它是系統量子態的概率振幅)。宇宙以每一秒的時間分裂成不同的世界,無論是在普朗克時間,即10^-43秒(光子以光速行進的時間,以10^-35米的速度行走),還是在觀察時的每一剎那。就我們這種空間而言,它很微妙。從某種意義上說,它們就在這裡,只是擴展到了不同的空間(希爾伯特)。(這是量子力學的“多元宇宙”解釋,由當時相對不知名的物理學家休·埃弗雷特於1957年提出,現在享有較高威望)

觀看麻省理工宇宙學家多元宇宙理論爭辯有感,為大家簡單說明​史蒂文·溫伯格,他是德克薩斯大學奧斯汀分校粒子物理學標準模型的創始人,他談到了其他類型的多重宇宙。他說到:還有另一種可能性,這是比較容易想象的,我們的大爆炸可能會有一系列其他的撞擊,我們的宇宙將轉變成不同的宇宙。”這樣我們才能活在一個特定的時代。

溫伯格接著說:“還有其他的可能性,這些可能性更明顯。”量子力學可以應用於整個宇宙。“因為量子力學中的基本量子不是單個粒子,而是一種叫做“波函數”的東西,它描述了所有的可能性,它可能是宇宙,綜合宇宙,整個事物,是某種不同可能性的量子力學疊加。

反對的聲音也是此起彼伏

並不是每個宇宙學家都完全相信多元宇宙。正如宇宙學家喬治·埃利斯說的那樣,我不喜歡多元宇宙這個詞。我喜歡單一宇宙的想法。他補充說到:對我們來說,宇宙”在定義上是每一個物理事物的存在。此外,他強調了時空其他領域的基本問題,因為我們看不到它們,我們無法證明關於它們的任何東西。

觀看麻省理工宇宙學家多元宇宙理論爭辯有感,為大家簡單說明

喬治·埃利斯說:要得到一個多元宇宙,你需要一個宇宙生成機制,某種東西會使多元宇宙的所有大爆炸發生,你需要一些物理定律。所有的多重宇宙理論大部分假設是量子物理學提供的,為的就是使事情發生。戴維斯說,物理定律有大約10個不同的基本假設,這是讓多元宇宙理論發揮其作用所必需的。

戴維斯在直播時說了一句深奧的話:好吧,這些定律都是從哪裡來的?那麼那些最初產生所有宇宙的元定律呢?他們從哪裡來的?那麼,將不同的局部規律強加於每個單獨的宇宙的法律或元法則又如何呢?它們是如何工作的?什麼是分配機制?戴維斯認為,多元宇宙理論所做的唯一的事情就是把存在的問題從一個宇宙的層次轉移到多個宇宙的層次上。但你現在還沒有解釋它,戴維斯最後斷言,多元宇宙的理論是徹頭徹尾失敗的。

然後戴維斯進行了犀利的比較。戴維斯說到:對我來說,多元宇宙的解釋並不比傳統宗教更好。傳統宗教呼籲一個看不見的、無法解釋的上帝——一個在宇宙之外的全能上帝來解釋宇宙。事實上,我認為這兩種解釋-多元宇宙和上帝幾乎是相同的。但是對戴維斯來說,這種對等並不是一種恭維。

(直播進行到此時,我就有點聽不懂了,大家你一言我一語,都吵起來了……)

七種多元宇宙彙總

那麼寫到這裡,我的看法是什麼?在過去一段時間,在多元宇宙理論不斷辯論的情況下,我試著去評估各種可能性。我喜歡把事物分類,辨別範圍和廣度。

觀看麻省理工宇宙學家多元宇宙理論爭辯有感,為大家簡單說明​我們普通時空的不同空間區域可能存在於我們自己的宇宙中,然而遙遠的地方,即使恆星的光以光速行進,也永遠沒有足夠的時間到達我們(宇宙膨脹產生的)。

我們的普通時空的不同時間週期可能存在於我們自己的區域宇宙中,因此多個宇宙是按順序出現的,而不是平行的(由宇宙膨脹和收縮循環)。

空間和時間的不同維度可能存在,在更高的維度中,完全獨立的現實可能存在。這些不同的維度在某種意義上也可能非常接近。量子力學的波函數(和奇異性)可以創造不同的歷史,在每一個轉瞬即逝的瞬間(例如普朗克時間的每一刻),所有的現實都分裂成許多世界(以波函數作為客觀現實)。

任何可以用一致的數學系統來表達的東西,實際上都可以存在於某種現實中。分裂原則或宇宙膜態現實主義原則可能會起作用:任何類型的可能性,無論是可以想象的還是無法想象的,都確實存在。

更重要的是,這些多元宇宙的機制並不是相互排斥的。有幾個,甚至所有的,都可能是真的。它們可以不同的方式存在,一種是在另一種內部,另一種是在一種內部,十分的複雜。我們只能把如此重責大任交給後代來驗證了。現在的我們羽翼未豐。

所有的東西都存在嗎?

在多元宇宙中,一個人無法避免無限,而無限也會做一些奇怪的事情。在一個多元宇宙中有兩種可能的無窮大:第一類:單個宇宙的大小可能是無限的(在我們的宇宙中),或者第二類:一個多宇宙中的所有獨立宇宙在數量上都可以是無限的(無論任何一個或所有宇宙本身的大小都是無限的)。

觀看麻省理工宇宙學家多元宇宙理論爭辯有感,為大家簡單說明​任何一個無窮大的後果都變得很奇怪。首先,即使是希爾伯特多重宇宙,假設它是無限的,也必須包含一切物理上可能的東西。這意味著,例如,每一個“星球大戰”場景都存在,包括那些沒有進入電影中的場景,甚至所有那些作者都沒有想到的場景!

同樣地,只要有足夠的空間來進行無休止的粒子鋪設(一個無限大的宇宙當然有足夠的空間),就肯定有一個與我們的空間完全相同的空間,與你我完全相同的人。泰格馬克估計,我們距離那個他們有10^10^28光年遠。

要清楚的是,一個真正無限的宇宙意味著任何不可能的事情(無論多麼模糊)都會發生,而且必須發生,還可能是無限次發生。無限宇宙將永遠存在,不僅會產生難以計數的變化,而且還會有不可數的變數。這就是真正的奇怪的無限本質。

在這裡,我比較贊同多元宇宙理論,雖然它還不健全。最後一個問題:

多元宇宙會破壞上帝嗎?它們之間有什麼聯繫?

如果多個宇宙是真實的,特別是如果一個真正的無限宇宙真的存在的話,那麼我們的世界觀就會改變。一切都變了。不管你相信什麼——即使是關於上帝或者老天爺(上帝存在?上帝不存在?),這都是一樣的。如果物質世界存在,那麼物質世界就會變得不可思議的大。如果一個無限的上帝存在,那麼上帝的無限就會被科學所表達,並豐富了新的意義。

最後為了給大家更大的想象空間,我為大家帶來一組影視圖片,這組影視圖片對於多元宇宙的刻畫有明顯錯誤,但是還是可以大概參考一下,畢竟想象是無限的。

觀看麻省理工宇宙學家多元宇宙理論爭辯有感,為大家簡單說明

這個光球已經到達了宇宙的結構,它的速度理論上已經和光速持平。大家看到的結構是宇宙絲狀結構

觀看麻省理工宇宙學家多元宇宙理論爭辯有感,為大家簡單說明

衝出宇宙的那一刻,影視模擬,外面氣泡一樣的就是多元宇宙。而我相信母宇宙是不會有太多光芒的……但是也不能絕對的說。

觀看麻省理工宇宙學家多元宇宙理論爭辯有感,為大家簡單說明

​最後,他到達了多元宇宙,身後的每一個氣泡都是一個宇宙。

文章到這裡就結束了,我看了麻省理工學院宇宙學家的討論,寫出了這篇文章。現在想要簡單考考大家,如果大家答對了,那就說明這篇文章看懂啦,如果沒答對,就還需要多看一下了。

問:上圖的多元宇宙處於多元宇宙量級的第幾量級?

歡迎在評論區回覆,我會逐條回覆


分享到:


相關文章: