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多重宇宙是科学吗?

时间:2022-09-03 17:50:13 | 浏览:1149

(视觉中国/图)19世纪末,奥地利物理学家、哲学家恩斯特·马赫曾公开否认原子的存在。他讽刺地问那些原子的拥护者:“你们见过原子吗?”今天,许多科学家也在用相似的态度嘲讽着一

我们不能直接检验多重宇宙,但它是基于其他可以验证的理论的预测结果。 (视觉中国/图)

19世纪末,奥地利物理学家、哲学家恩斯特·马赫曾公开否认原子的存在。他讽刺地问那些原子的拥护者:“你们见过原子吗?”今天,许多科学家也在用相似的态度嘲讽着一个观点——我们所见的宇宙并非单独存在,它只是多重宇宙“泡泡”中的一个。

多重宇宙理论的反对者认为,我们无法看到其他的宇宙,因此这个理论无法被证明。此外,他们还认为用多重宇宙理论来解释现实,明显违背了奥卡姆剃刀理论(Occam"s razor)。奥卡姆剃刀理论认为简单的解释优于复杂的解释。但马赫对原子的看法,毫无疑问是错误的。

综观历史,反对多重宇宙的人总会被证明是错误的。事实上,最早提出多重宇宙的正是提出原子论的古希腊哲学家留基伯(Leucippus)和德谟克利特(Democritus),他们认为原子理论需要一个无限大的宇宙。然而,亚里士多德(Aristotle)坚定地认为逻辑上只需要一个宇宙。这个观点一直持续到了1277年,当时的巴黎主教认为这个观点否定了上帝的力量,宣布将传授亚里士多德观点的学者逐出教会。随后,争论又持续了几个世纪。

到了16世纪,哥白尼(Copernicus)彻底改变了这个问题的争论方向。不同于亚里士多德的宇宙模型(地球在中间,周围的天体位于绕地球运行的球面上),哥白尼把太阳放在中心,而行星(包括地球)位于绕太阳运行的轨道上。在这个“太阳系宇宙”中,恒星都位于绕太阳系运行的球面上。不久后,英国人托马斯·迪格斯(Thomas Digges)重新绘制了哥白尼的宇宙图像:恒星离太阳系远近不同,而不是固定在一个球面上。这也增加了太空中存在多个太阳系宇宙的可能性。

后来,科学家通过望远镜发现,大量的恒星在一个距离较远的区域中聚集成了一个圆盘状结构——银河系。正如哥白尼证明地球只是“太阳系宇宙”的一部分,太阳系也只是银河系众多“宇宙”中的一个。宇宙的定义再次被改写:它是一个被虚空包围、由恒星组成的巨大圆盘。

但在银河系之外,还存在一些被称为星云(nebulae)的模糊斑点。19世纪40年代,美国天文学家奥姆斯比·麦克奈特·米切尔(Ormsby MacKnight Mitchel)将它们描述为宇宙岛(Island Universes)。但此后,多重宇宙的观点再次遭到了嘲笑,一度被抛弃、遗忘。直到1924年,埃德温·哈勃(Edwin Hubble)发现,一些模糊的星云(如仙女座星云)确实是像银河系一样巨大的宇宙岛。哈勃最先提出了当今宇宙的定义:宇宙就像在时空中不断膨胀的气泡,由数十亿个类似银河系的星系组成。

20世纪80年代,一种有关宇宙形成的新解释——暴胀宇宙学(inflationary cosmology)为多重宇宙的争论提供了新观点。如果在宇宙大爆炸后,宇宙极其快速地膨胀(暴胀),那么这个过程可能会在其他地方重演。如果暴胀理论被证明是正确的,那么我们的宇宙将只是众多宇宙泡泡中的一个。

当然,这并不意味着多重宇宙一定正确。但多重宇宙的反对者仅因为无法验证就认为它的存在不科学,这种说法明显是错误的。虽然我们不能直接检验多重宇宙,但它是基于其他可以验证的理论的预测结果。事实上,尽管暴胀宇宙模型还没有完全建立,但它已通过了许多检验。

另一方面,其他宇宙的存在在理论上也并非完全不可观测。如果另一个宇宙与我们的宇宙相撞,从宇宙大爆炸残留的宇宙微波背景辐射中,我们有可能找到明显的痕迹。即使没有这类直接证据,多重宇宙的存在还可以通过间接方法推断,就像1905年爱因斯坦通过分析液体中悬浮粒子的随机运动,证明了原子的存在一样。现在,科学家已经能够利用扫描隧道显微镜产生的图像真正“看见”原子了。

至于奥卡姆剃刀原理,我们能查阅到一个历史事实:在14世纪,哲学家威廉·奥卡姆(William Occam)不仅提出这一原则,他还是多重宇宙理论最热切的支持者。

(Scientific American中文版《环球科学》授权南方周末发表,高宏翻译)

汤姆·西格弗里德 (Tom Siegfried)

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