多重宇宙可能的形式

  绝大多数多重宇宙的支持者都是很谨慎的科学家, 他们都很清楚上述问题, 但仍然认为, 可以对视界之外的情况作出合理推测。他们的说法可以归为7类, 但每一种说法都有自己的缺陷。

  空间没有尽头。空间会延伸到我们的宇宙视界之外。并且, 在我们看不到的地方还存在许多其他区域, 这一点很少有争议。如果这类多重宇宙存在, 我们可以外推出,在视界之外的区域中能看到什么。但随着距离的增加, 不确定性会越来越大。然后, 人们就会提出其他的、更详细的多重宇宙场景, 比如在我们看不见的区域中, 会有不同的物理定律。不过, 像这样从已知外推未知情况的问题是, 没有人能证明你是错的。科学家如何判断, 由我们看到的东西推测出不可观测的时空区域, 这种外推到底合不合理? 其他宇宙是否可能具有不同的初始物质分布, 或者拥有不同的物理常数值(例如决定核力强度的那些常数).?不同的假设, 可以得到不同的答案。

  已知的物理学定律预言了其他宇宙的存在。提议中的弱电统一理论预言了标量场(scalarfields)之类的实体。它是科学家假设的一种类似磁场那样的、充满空间的场。这些场驱动了宇宙暴胀, 产生了无穷多的宇宙。这些理论具有很好的理论基础, 但这些假想场的属性是未知的, 科学家也没法证明它们的存在, 更别说检测它们应有的性质。关键问题是, 物理学家并没有证明, 这些场的动力学特征能否在不同的宇宙泡(bubbk universes)中, 导致不同的物理定律。

  预言宇宙无穷多的理论通过了关键的观测检验。字宙微波背景辐射揭示了早期热膨胀时期结束时宇宙的样子。其中存在的模式说明, 我们的宇宙真的经历了暴胀阶段。但并不是所有类型的暴胀都会永远进行下去, 从而产生无穷多个字宙。而仅通过观测, 我们也无法从其他类型的暴胀中甄别出最合理的那一种。斯坦哈特等宇宙学家甚至主张, 永恒暴胀(eternalinflation)会在背景辐射中产生不同于我们见过的信号模式(见《环球科学》2011年第5期《宇宙暴胀的核心漏洞》)。林德和其他人却不同意这种说法。谁对谁错? 这都取决于你对暴胀场(intlafionarvfield)的物理学定律作了哪些假设。

  宇宙的基本常数为生命的存在作过精细调整。对于我们这个宇宙, 一个惊人的事实是, 物理常数恰好是允许包括生命在内的复杂结构存在。史蒂文·温伯格(stevenWeinberg)、马丁·里斯(Martin Rees)、伦纳德·萨斯金(leo nard Susskin)和其他人认为, 这显然是一种巧合, 多重宇宙可以为它提供一个合理的解释: 如果宇宙够多, 容许所有基本常数的存在, 那么总会有一个宇宙的基本常数适合生命的出现。现在, 这一推断已经用来解释加速宇宙膨胀的暗能量的密度。我同意, 对于暗能量的密度, 多重宇宙可能是一种合理的解释, 而且, 这也是我们现在拥有的唯一有科学依据的解释。但是,我们无法通过观测来验证这种解释。另外,对这一问题的绝大多数分析都假设,物理学的基本方程在任何地方都是相同的, 只有物理常数存在差异——但只要认真研究多重宇宙, 你会发现事实未必如此(参见《环球科学》2010年第2期《到宇宙之外寻找生命》)。

  基本常数与多重宇宙理论的预言相符。这种说法对以前的理论作了一些改变: 宇宙并没有像我们以前认为的那样。为了能承载生命而作过微调。支持这一理论的人估算过不同暗能量密度可能出现的概率, 密度值越高, 它出现的可能性就越大, 但对于生命来说, 宇宙也会变得更加险恶。我们所观测到的值应该正好位于宜居与不宜居的分界线上, 而它看上去也确实如此(见右侧图示)。这种说法的漏洞在于, 如果不存在多重宇宙让你应用概率的话, 我们就无法使用这一概率证据。因此, 该说法一开始就假设了想要得到的结果, 但如果在物理学上只存在一个宇宙, 它根本就不适用。概率只是讨论多重宇宙能否自洽的由头,而非多重宇宙存在性的证据。

  弦理论预言了多重宇宙的存在。弦理论已从一个解释每一件事情的理论, 变成了几乎任何事情都有可能的理论。在目前的框架下, 该理论预言, 我们这个宇宙的许多基本属性是纯粹的偶然事件。如果宇宙是独一无二的, 那这些特性就似乎无法解释了。例如, 我们如何理解物理学具有高度限制的特性, 使得生命存在这一事实? 如果我们的宇宙只是许多个中的一个,这些特性就完全说得通了。它们不会被特意挑选出来的, 而只是恰好出现在我们所处的宇宙空间。如果身处其他地方,我们就会观测到不同的物理性质, 当然前提是我们能在这些地方活下去(绝大多数地方, 生命都无法生存)。但弦理论不是一个经受过考验的理论, 甚至不是一个完整的理论。如果我们有证据可以证明弦理论是正确的, 那么这套理论所作的预言将会成为多重宇宙合理的、有实验依据的论据。但我们没有这样的证据。

  所有可能发生的事情都会发生。为了解释自然界为何会遵循特定规律而非其他规律, 一些物理学家和哲学家怀疑, 自然界从未选择过物理定律, 任何可能的规律都可以在某处发挥作用。这个想法部分源自量子力学。正如默里·盖尔曼(Murray Gell-Mann)所说, 在量子力学中, 只要是没有禁止的, 就是必然会发生的。一个粒子会走它能走的所有路径, 而我们观测到的现象。则是所有这些可能性加权平均的结果。对于宇宙可能也是如此, 这暗示了多重宇宙的存在。但是, 天文学家完全没有机会观测到所有的可能性。实际上,我们甚至无法知道这些可能性是什么。只有在一些尚未被验证的组织原则或框架下——它们决定了哪些可以发生, 哪些不能发生, 上述说法才说得通(例如, 蒂格马克曾提出, 所有可能的数学结构都必须要在某个物理区域中才能实现)。但是, 我们不知道这种说法会牵涉到什么样的原则或框架, 而且我们也没有任何方法来检验这些组织原则的存在或属性。在某些方面,这种说法是一个很有吸引力的提议, 但把它应用于现实则纯粹是猜想。

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