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多重宇宙的猜想

时间:2022-09-03 17:50:26 | 浏览:2425

平行宇宙:起源、模型、争议、猜想。本节是在假定某种平行宇宙理论是正确的前提下所做出的各种大胆、甚至有些疯狂的猜想。如果你有兴趣创作科幻小说或电影的话,我想今天的内容会给你提供很多创意素材。按照暴胀多重宇宙的模型,我们的宇宙只是无穷多个宇宙泡

平行宇宙:起源、模型、争议、猜想。

本节是在假定某种平行宇宙理论是正确的前提下所做出的各种大胆、甚至有些疯狂的猜想。如果你有兴趣创作科幻小说或电影的话,我想今天的内容会给你提供很多创意素材。

按照暴胀多重宇宙的模型,我们的宇宙只是无穷多个宇宙泡泡中的一个,别的宇宙泡泡可能与我们这个宇宙有着完全不同的物理常数,例如有些宇宙的光速不是 30 万公里/秒,有些宇宙的万有引力常数比电磁力常数(静电力常量)还大。

那我们就不禁好奇,在这些与本宇宙拥有不同物理常数的宇宙中,是否有可能存在生命呢?如果这个问题的答案是“有可能”,我想请你一边看我叙述一边思考:这会拥有什么样的重大意义?

有两位物理学家兼宇宙学家就在研究这个问题,他们是美国的高能物理学家詹金斯和以色列的理论物理学家佩雷斯,他们在《科学美国人》上共同署名发表了一篇名为《到宇宙之外寻找生命》的文章。

相信你已经知道本宇宙有四种基本力:

  • 万有引力

  • 电磁力

  • 弱核力

  • 强核力

那么是不是必须要有这四种力才能形成类似我们这样的宇宙呢?答案是不必。

2006 年,佩雷斯的研究团队发现了一套物理学定律,它只依赖于自然界中的三种力,也就是不需要弱核力,居然也能够演化出一个适合生命存在的宇宙。

在这个没有弱核力的宇宙中,质子聚变成氦这种常见的核反应将不可能发生,因为热核反应要求 2 个质子转变成中子,而弱核力是这种反应的基本条件。但是,创造元素还可以通过其他途径。

比方说,在我们的宇宙中物质的数量远远超过了反物质的数量,但是我们只要把控制正反物质对称性的参数稍加改动,就足以确保大爆炸核合成能够产生出大量的氘核。氘是氢的一种同位素,也叫重氢或者氢 2,原子核中比氢原子核多出一个中子。这样一来,通过一个质子加一个氘核聚变成一个氦 3 的核反应,恒星仍然能够发光发热。

我建议,作为科学爱好者,你不必太去追究这个过程的详细原理到底是怎么回事,我们相信物理学家们的研究成果就好了。

佩雷斯发现,跟我们宇宙中的同类恒星相比,这种无弱核力恒星的温度会低一些,尺寸也要小一点。根据美国普林斯顿大学天体物理学家亚当·伯罗斯的计算机模拟,这种恒星可以持续“燃烧”大约 70 亿年,能量辐射率只比太阳低几个百分点。

而且,这种恒星也能通过一步接一步的核聚变反应,合成越来越重的元素,一直到铁,甚至能一直合成到元素序号为 38 的锶。有了这些重元素,那么一颗类地行星就能形成,只不过在无弱核力的星球上,由于没有了放射性衰变,所以行星的内部就会缺乏热源,板块活动和火山活动这些地质活动几乎就不可能出现,但潮汐力仍有可能对行星的表面产生影响。

而这颗行星上的化学活动和地球上的倒是不会有本质差别,除了这颗行星上的元素周期表大概只能到 38 号,比锶更重的元素可能不会存在,或者极其微少。但是,并没有哪一条物理法则禁止在这样的星球上产生我们已知的生命形式。

文章的另外一位作者詹金斯也在做着和佩雷斯差不多的研究。他们采用的方法是对标准模型中的一组参数进行微调,例如在保证有机化学过程仍然能够发生的前提下,6 味夸克中的 3 味轻夸克的质量可以在什么样的范围内变动。

他们仔细分析过这样一个宇宙:上夸克和奇异夸克的质量大致相同,下夸克则要轻得多。这样一来,构成原子核的就不再是质子和中子,而是中子和另外一种重子——所谓的西格玛负超子。

呵呵,不要问我理论细节,我跟你一样,也是看个热闹,这些高大上的名词我们假装听懂就好了,反正先混个耳熟,聚会聊天的时候只要面不改色地侃侃而谈,听的人就会景仰得连大气也不敢出一声,就像我现在一样。

詹金斯和他团队的研究结论是:即便是这样一个完全不同的宇宙,也可以存在氢、碳、氧的稳定同位素,因而可以发生有机化学过程。至于这些元素能否在这些宇宙里大量形成,足以让生命在某个地方诞生并开始进化,还需要更多的研究,但至少可能性是存在的。

读到这里,我刚才提出的那个问题,不知道你想好了没有?

如果上面说的这一切都是真的,它就为我们找到了另外一种可能证实平行宇宙存在的方法。假如有一天我们收到来自外星文明的信息,解读信息后我们发现这个文明所在宇宙的物理常数,或者从他们的世界构造中我们推测出他们的物理常数与本宇宙的不同,那么这就是一个平行宇宙存在的铁证。

你可能想问:我们怎么可能和别的宇宙泡泡进行通讯呢?

目前有一种理论认为引力是可以穿透宇宙泡泡的,换句话说,可以用引力波与别的宇宙泡泡进行通信。

当然,这也只是个假说,并没有得到任何实验数据的支持。但我一开始就说了,今天的主题是科幻素材,是帮助大家创作科幻作品的。我们不妨脑洞开得更大一点,假如来自另外一个与本宇宙物理结构不同的宇宙的外星人来到地球,他们能存活吗?

我想,如果直接暴露在本宇宙,肯定瞬间玩完,但是如果他们用某种类似能量场一样的保护罩将自己与本宇宙隔绝开,那或许就能够维持稳定。好吧,这个问题先停在这里,不再往前走了,实在太科幻了。

我们再来开一个更大的脑洞。

你看过马特·达蒙主演、2010 年上映的科幻电影《命运规划局》吗?这是根据著名的科幻小说作家菲利普·迪克的一篇短篇小说改编的,在豆瓣上的评分只有 6.9 分,在科幻大片中,这是很低的分数。

网友的典型评价是这样:

“故事本身站不住脚,来无影去无踪,类 1984 的设计和‘自由意志’都是表壳,动机几乎落入唯神论,完全可以当民间神话看。”

“这哪里是科幻片,有科幻元素吗?瞎编得没谱,还不如月光宝盒呢?”

说实话,我挺为它鸣不平的,同时也觉得可惜,如果导演让我做个顾问,让我对剧本做出一些改动,增加一些科学元素进去,或许马上能拉高这部片子的评分。

为了节约时间,电影情节我不再赘述,反正就是一群超人能调整别人命运的故事。如果编剧能够把平行宇宙的概念作为科学元素植入进去,那么原本看上去完全不靠谱的神话,瞬间就能成为一部硬科幻电影。

在电影中,每个超人手里面都有一本笔记本,打开一看,就像是一副城市下水管道的分布图,男主、女主的命运就是笔记本上两根前进的线条,线条的交叉点就是俩人相遇的时空坐标。

硬科幻和软科幻的差别就在于有没有合理的科学解释,哪怕再疯狂的剧情设定,只要有合理的解释,观众就会叫好。

根据埃弗里特的多世界诠释,我们的每一次选择都表示是一次宇宙的分裂。而人的命运就是由无数的选择组成的,你之所以是你,无非就是无数个记忆片段的组合,人的命运其本质就是一条记忆片段连成的线。

当你做出一个选择时,在你自己看来是自由意志让你做出了选择,而从上帝视角来看,其实没有选择,所有可能的选择都发生了。从上帝视角来看,作为一个记忆的主体,你就是在无数个平行宇宙中不停地切换、穿梭,每一个平行宇宙中的记忆片段连在一起,就构成了你的人生,也就是你的命运。

打个比方,我们每个人都是在玩一场跳棋游戏,从这个平行宇宙跳到另外一个平行宇宙,每一步都有无穷多种选择,将你跳过的路径连在一起,形成记忆,放进你的脑子中,这就构成了一个独一无二的你。这就从科学的角度解释了电影中超人或者说上帝手里面那本命运故事书的原理。

讲到这里,善于哲学思考的人可能会想,其实这还是没劲,假如真有这样的上帝视角,那么即便有无穷多个命运故事,在上帝眼里依然没意思,因为上帝可以用无穷多个故事本记录这无穷多个命运故事,既然是写好的故事,那也就意味着这些故事仍然像是旧报纸,对于上帝来说没有任何惊奇之处,不值得去干预,或者说所有干预的结果也不过是另外一本故事书上写好的故事而已。

你能想到这一步,真的已经很深刻了,但我还是想告诉你,事情比你想得还要复杂。一百多年前,就有个数学家证明了一件听上去非常古怪的事情,即便上帝有无穷多本故事书,也不可能把一个人所有的命运故事都记录下来,永远存在他没有记录下来的命运故事,而且还是多了无穷多个。

可能有些人已经猜出我说的这个数学家是谁了。没错,他就是创立集合论、后来又被自己的集合论折磨得精神失常的伟大数学家康托。他的那个数学证明俗称“康托的对角线证明”

接下来,我将证明为什么上帝也没有办法记录你所有可能的命运故事。

现在我们假设你的一种命运故事就是一串无限长的数字,为什么是无限长呢?你可能会说人的寿命有限,所以数字串的位数也应该是有限。请注意,位数不代表寿命,因为人的每一步选择都有无数种可能性,因此人的命运故事也是无数种排列组合,我们只是给每一种命运故事一个数字串来编号,仅此而已。

现在我们又假设上帝手里面有无限多本故事书,他想用这无限多本故事书来一一对应你的每一种不同的命运。他能做到吗?如果我们没学过集合论,从直觉上判断,那应该肯定能啊,故事书有无限多本,那还有什么不能做到的。

古怪就古怪在这个地方,下面重点来了,我们用反证法。

假定上帝已经把每一种命运和每一本故事书对应起来了,于是我们把每一个数字串纵向排列起来,就是你把每一个数字串想象成一根珍珠项链,每一个数字就是一颗珍珠,然后把这些项链排列成梯子的形状。

现在,如果我们能创造出一个数字串,它不是这个无限长的梯子中的任何一根项链,那么就等于证明了上帝即便有无限多本故事书也无法把你的命运都记录下来。

好,怎么创造这个数字串呢?

这样,这个新数字串的第一位取第一根项链的第一颗珠子,第二位取第二根项链的第二颗珠子,第三位取第三根项链的第三颗珠子,以此类推,如果要取的这些珠子用一根线连起来的话,你会看到这根线就是这个梯子的对角线。

到这一步还没完,因为取出来的这串数字串也有可能是和梯子中的某一根项链完全一样的,但我们再做一步,就可以保证一定不一样了,怎么做?就是把这个新数字串的每一位数字都加 1,或者加上任何一个数字。

这样一来,这个新数字串的第一位就和第一根项链的第一位一定不同,第二位和第二根项链的第二位一定不同,以此类推,这个新数字串就肯定不是这个梯子中的任何一根项链了。

证明完毕。

而且,最重要的是,这个新数字串有无穷多个。

好了,我承认,让你马上搞懂这么抽象的一个证明过程,对你的要求还是有些苛刻的。

如果你没弄懂这个证明过程,没关系,你在网上用关键词“集合论对角线证明”或者“康托对角线证明”来搜索视频,很容易找到视频讲解,如果在黑板上或者用动画演示出来的话,这个证明过程基本上小学生也能看懂,一点儿也不难。

到这里,我就该抛出最后的心灵鸡汤了:即便是上帝,也无法知道你全部的可能命运,更不要说算命先生了,在我们的余生中,命运故事的可能性比无穷多还要多无穷多个。只要我们认真活着,就有比无限多还要多无限多的可能!

全文完

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宇宙自然生命简史丨第三季

作者:科学有故事汪诘

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