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科幻作品中的多重宇宙是幻想还是现实,科学家给出了答案

2022-09-03 17:50:20 1348

摘要:每个人都可以提出一个理论,通常来说,就像“解释某个事物的原理”。但是为了让它成为一个科学的理论,你还需要做更多。每个科学的理论都要符合现代科学的框架,根据现代先进理论的指导,并拥有可靠的数据,遵循以下三个标准:1它是已存在理论的再现。2它对...

由本轮和均轮来解释天体运动的地心说被开普勒的日心说取代了,之后,牛顿的万有引力又证实了椭圆轨道。除了行星的位置和运动,还有木星的卫星,金星的相位,火星反常的公转,对回归彗星的预测都得到了解释。

几百年后,牛顿的万有引力对水星的公转轨道细节预测失败了,只有爱因斯坦的广义相对论能对水星的轨道异常作出解释。广义相对论还预言了由引力造成的星光弯曲可以被检测到。只过了几年,广义相对论便被证实了,我们手中拥有了又一个成熟的科学理论。

对那些更喜欢生物而不是物理例子的人来说,Darwin的进化理论是一个很棒的例子:被遗传学取代,接着被DNA的发现进一步取代。科学以这种方式前进:不是证明什么在它之前出现,而是通过扩展它,从而更好地描述宇宙中的一套适用现象。

所以多重宇宙——真的多重宇宙——来自哪里?多重宇宙是什么?为了理解这些,让我们从宇宙本身的图景开始。至于宇宙,我指的是可观测的宇宙,所有我们可以观察到,测量的,相互影响的事物的总和。

我们所能看到的整个天空,是在宇宙这张大网上成群的恒星和星系。但是,当我们看向距离上更遥远的宇宙,也正是看向在时间上更加遥远的过去。离我们越远的星系就越年轻,演化的更少。那些星系中的恒星含有更少的物质,它们看起来小,因为已经进行的物质合并比较少。有较多的螺旋星系和较少椭圆星系(椭圆星系的形成需要更长时间),还有其他的一些。如果我们去往目光所能达到的极限,就能看见宇宙中最早的恒星,在这片黑暗之外,唯一的光是宇宙大爆炸的余晖。

但是宇宙大爆炸本身——138亿年前在每一处发生着——不是时空的开始,而是我们可观测宇宙的开始。在这之前,有一个宇宙膨胀的新纪元,空间以指数方式膨胀,充满了时空构造所固有的能量。

宇宙膨胀本身就是一个理论的例子,它产生并取代了过去的理论,因为它:

1.符合所有大爆炸和现代宇宙学的理论,

2.解释了大爆炸不能解决的一些问题,比如为什么宇宙的每个地方都是相同的温度,空间为什么这么平坦,以及为什么不存在剩余的高能遗迹,比如磁单极子,

3.做出了六个可以通过观测进行检验的新预测,其中五个已经得到证实。

然而,还有一个结果是我们不知道能否证实的,那就是多重宇宙的存在。

像你看到的那样,宇宙以指数率膨胀。这取代了大爆炸之前存在的一切,让宇宙变得和看起来相比更加,更加大。到目前为止,一切顺利;关于我们为什么有这样的,大的宇宙的这些解释。当膨胀停止,宇宙中装满了物质和辐射,这就是我们眼中的大爆炸。但是这也是变得怪异的地方。

根据可行的机制,充分的膨胀产生了我们所见的这个宇宙。宇宙中还有许多围绕着我们的区域(膨胀停止的地方),在那里膨胀并没有立即停止,而发展为永恒的膨胀。

感谢量子理论,宇宙膨胀有机会在任何区域在任何时间结束……但是同样的,也有可能在任何区域在任何时间都不会拘束。在膨胀停止的地方,我们得到了大爆炸和一个宇宙——在我们所在的宇宙中我们可以观察的区域——更像我们自己。(用上面红色的X表示)

但是那些没有停止膨胀的地方,在产生的膨胀空间中,有一些区域出于某种原因与我们失去连接,另一些则会继续膨胀。以此类推。

现在,有大批的宇宙是我们不了解的其他宇宙,包括:

它们和我们的物理规律相同吗?有着像我们一样的粒子和基本常数?

它们和我们有相似的密度,属性,历史吗?

我们是否在某种程度上,根据量子理论与其他宇宙纠缠在一起?

这里任何一个问题或所有问题的答案可能都是“否”或者“是”。保守的设想是这些答案分别是“是”“是”和“否”。不过,回到主要的问题,这是一个科学的理论吗?

最重要的是,多重宇宙本身不是一个科学的理论。准确的说,这是物理定律的一个理论推论,正如我们现在对它的理解达到最好。它更可能是对这些定律地一个必然的结论:如果有一个由量子理论控制的膨胀的宇宙,这是你最终一定会得到的东西。但是,更像弦理论——有一些大问题:它不能预测我们观察到的任何东西,而没有它就得不到解释。弦理论也不能预测我们最终可以去,和寻找的事物。

多重宇宙不是对我们这个宇宙任何事情必要的解释。它没有解决我们现在有的任何未解决的问题。(如果你说这些词:“风景”、“真空能量”、“人择原理”、“宇宙常数”,你不理解“解决”意味着什么。)更坏的是,它没有对我们可以观察到的东西做出具体的预测。

当我们把这一切放在一起,这意味着什么呢?这意味着多重宇宙——假设我们现在的宇宙图景和它的历史是有效的——可能是真的。在我们所能观测到的宇宙之外,可能还有更多的宇宙,其他的宇宙,它们诞生于其他的大爆炸,但永远不会与我们自己的宇宙发生相互作用。

但是这也意味着多重宇宙在可测的范围之外,即使在原则上。我们唯一能想到的方式是灾难性的:恢复膨胀的状态,纠缠的多个观察者在膨胀的不同区域被拉伸,并观察膨胀是否会在不同的时间结束并产生不同的事物,假设你能在破坏量子纠缠的时候学到一点东西(我不确定你能做到。)

这就需要在热大爆炸中生存下来,看看你,运气多好。除非你可以,我在怀疑论的前沿:多重宇宙是令人感兴趣的,看起来必然是物理的理论推断。但直到我们可以科学地测试它——可能永远不行——这对成为科学来说不够好。这是一个理论的推测,讲得通,却不是一个科学的理论,并且由于宇宙的限制,它可能永远不会是。

所以它是什么?它可能是一个我们开始明白的一个新的主题:我们永远碰到的第一个根本的动机“形而上学”。第一次,我们理解了宇宙的极限,宇宙中的信息,还有这意味着什么,我们可以从中学到什么。在这之外呢?在这之后呢?也许形而上学的开始是对的,也是在那里多重宇宙永远存在。

作者: Ethan Siegel Senior Contributor

FY: 初霁

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