事实如此浪漫

《宇宙的遥远:多元宇宙对我们的意义》

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来自NASA/WMAP科学团队的宇宙微波背景

O你的宇宙是广阔的,大部分是空的。即使在我们怀疑存在的数十亿颗行星中,有许多有生命存在,但宇宙的大部分是不适合人类居住的,而且我们无论如何也无法到达这些星球。这只是我们的星系,是我们能看到的宇宙中大约1000亿个(“可观测宇宙”)中的一个,它本身只是更大宇宙的一部分,而更大的宇宙可能在空间中无限延伸。还有一种可能性,这是几种理论的结果,即那个宇宙只是多元宇宙的一部分。可以理解,所有这些都会让人觉得自己无足轻重。

那是入口点亚当·弗兰克(Adam Frank)最近在诺第留斯公司(Nautilus)的职位上用的这个宇宙是否特别,尤其是考虑到它可能只是多元宇宙的一小部分?如果我们的可观测宇宙是众多宇宙之一,但却是唯一一个支持生命存在的宇宙,这是否能在某种程度上恢复我们的特殊地位?弗兰克将这个问题与哥白尼原理联系起来,哥白尼原理是现代宇宙学的核心概念。

在他主要出版天文学著作的四个世纪里,哥白尼已经成为科学革命的象征:改变我们对世界的看法,从公认的智慧转变为经验知识。哥白尼原理实际上是哥白尼思想的延伸,而不是他写的东西。这一观点的中心支柱是,地球不仅不是太阳系的中心,而且在整个宇宙中也没有占据特权地位。一位来自遥远星系的Gleethorp行星的眼睛有虫子的外星天文学家,在可观测宇宙中的星系数量与我们大致相同,以大致相同的方式分散。如果我们想从一个完全不同的“口袋”宇宙中观察星系,而不是从Gleethorp星球上观察星系,那么那里的情况会和我们当地宇宙中的情况一样吗?不太可能。许多多元宇宙模型都有这样的想法,即与我们分离的其他袖珍宇宙可能具有不同的物理参数,这意味着它们可能完全无法维持生命。我们所居住的宇宙中的某一部分对于某些物理性质——例如,生命存在的相对力量——具有正确的值。为什么我们的宇宙看起来如此完美地安排在这里,这个问题被称为“微调”问题。一些参数的轻微改变将导致宇宙无法承载生命,甚至没有恒星和星系。这仍然符合哥白尼原理,因为其他袖珍宇宙与我们的宇宙没有联系,而且它们中的任何一个都没有特殊的位置。然而,正如弗兰克想知道的那样,他是我们的袖珍宇宙特别,有点特权?

我们没有证据证明多元宇宙存在,就像我们没有证据证明地球以外存在生命一样——尽管我们有理由认为两者都存在。

对许多人来说,多元宇宙让人非常不舒服,但它不仅仅是一个想法(或弗兰克所说的“模因”)。暴胀——我们的宇宙在其最初时刻的极度快速膨胀——几乎可以肯定会产生与包含我们可观测宇宙的那个区域从未接触过的区域。从这个意义上说,我们得到了一个多元宇宙,这是没有额外假设的理论的结果,因为每个口袋都是一个平行宇宙,与我们的宇宙不可接近,而且可能有不同的物理参数。如果我们能确定不同口袋宇宙之间物理属性的可能范围,就能解决微调问题。多元宇宙可能包含大量不同参数的袖珍宇宙,而我们恰好处在一个恒星和星鼻鼹鼠,可以存在。

暴胀理论最好的证据来自宇宙微波背景(CMB,见上图顶部):宇宙大爆炸38万年后,可观测的宇宙变得透明时所遗留下来的辐射。这种辐射的温度在整个天空中几乎没有波动,即使在可观测宇宙的两侧,如果宇宙以我们今天看到的速度膨胀,它们永远不会相互接触。通货膨胀解释了这些地区在宇宙很年轻的时候就有了联系,在宇宙微波背景形成之前,它们就被迅速的膨胀带到了很远的地方。膨胀并不是绝对的——大多数宇宙学家承认它可能发生过,因为观测已经基本上排除了它的其他选择,尽管我们需要一种新的测量方式来更直接地看到它的影响。

如果你考虑这10个词中的每一个,多弦理论也会出现在弦论中。500或者说,可能的“真空状态”——被称为“弦理论图景”——是一个独立的口袋宇宙。无论是暴涨还是弦理论,口袋宇宙的存在都是物理学的问题,而不是形而上学的问题(关于存在的哲学)大爆炸之前是什么,可能很难确定它们的存在。就我个人而言,我不是弦论的支持者(也不是所有的弦论学家),但我不情愿地接受了多元宇宙的通货膨胀可能是真实的,因为通常科学家的免责声明是,如果证据与我相矛盾,我愿意被说服。在任何情况下,我们都不需要调用弦理论来观察我们所观察到的宇宙中存在多重宇宙的可能性。

我们知道宇宙有能力支持生命,任何物理参数都必须符合这一明显的事实。除此之外,我们还不能继续下去:我们没有更多的证据证明多元宇宙存在,就像我们没有证据证明地球以外存在生命一样——尽管我们有理由认为两者都存在。令人不安的可能性是,还有其他口袋宇宙,但我们只能间接地了解它们。这并不会让它们变得不真实,只是让人不舒服。

微调是一个真正的难题,多元宇宙可能无法解决它,这取决于其他宇宙可能的参数。即使是大量的平行口袋宇宙也不会带来无限的可能性。(如果你能检查所有的10个500在弦理论中可能存在的宇宙中,你仍然找不到一个小质量的物体在轨道上支撑着一个大质量的物体,或者一个我喜欢的宇宙星球大战前传)。因此,如果不更多地了解其他宇宙的有限可能性——或者它们是否存在——就不可能说我们这个特定的宇宙是否特殊。

无论如何,形而上学并没有发明多元宇宙,它也解决不了微调问题。


马修·弗朗西斯是一位物理学家、科学作家、演说家、教育家,经常戴着时髦的帽子。我目前正在写一本关于宇宙学的书,书名是偏僻的道路,黑暗的天空:宇宙之旅.


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