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《多元宇宙真的存在嗎？》

本文作者：馬丁·里斯

英國皇家學會會員，劍橋大學達爾文學院院士

國王學院名譽院士

01.

有些人可能傾向于將多元宇宙假說斥之為“形而上學”。從物理學家的觀點來看，這完全是一種貶斥。我認為，多元宇宙確實屬于科學的范疇，盡管它只是一個暫時的假說。

這是因為，我們已經(jīng)能夠規(guī)劃出必須解決哪些問題，以便使它具有更可靠的基礎。更重要的是，因為任何好的科學理論都很容易遭到駁斥，我們可以提前設想出一些可能會排斥這個假說的趨勢。

當然，最主要的障礙是，我們對“大爆炸”后最初時刻的極端物理過程仍然不甚了解。我們有充分的理由將暴脹當作膨脹宇宙的一種可信解釋。這個理論最確定和最普遍的一個預測是，宇宙應該是“扁平的”。

這一預測似乎已經(jīng)得到了最新數(shù)據(jù)的證明，盡管這些數(shù)據(jù)的形式不是最簡單的。決定“扁平性”的因素有三個——原子、暗物質和真空能量λ。

宇宙膨脹的實際細節(jié)取決于最初10-35秒時起主導作用的物理定律，此時的條件非常極端，遠遠超出了我們可以直接測量的范圍。不過，有兩種方法可以確定這些極端條件究竟如何。

首先，極早期宇宙可能在當前的宇宙中留下了明顯的“化石”。例如，暴脹過程中出現(xiàn)的微觀尺度上的波動為星系團和超星系團的形成播下了“種子”，天文學家現(xiàn)在就可以對它們的具體性質展開研究，掌握有關線索，以探索“播下”這些種子時起主導作用的奇異的物理過程。

其次，一個統(tǒng)一的理論或許可以為我們理解微觀世界那些還不確定的神秘之處提供新視角，例如，各種類型的亞原子粒子（夸克、膠子等）及其行為方式等，以贏得信賴。這樣，我們就有信心將這一理論應用于暴脹時期。

上述兩個方向的進展可能會帶來一種對極早期宇宙物理學現(xiàn)象的可靠描述。這樣，計算機就可以模擬宇宙是如何從微觀尺度中形成的。

02.

安德烈·林德和其他一些研究者已經(jīng)模擬了一些“多元宇宙”，但在寫這本書的時候，他們輸入的理論非常隨意，許多推測性的選項似乎是開放性的，我們沒有辦法判別和做出選擇。

關于“永恒膨脹”的研究引出了一系列假說，與我們所知道的其他一切相一致；同時，還引出了多元宇宙假說，這些宇宙各自從單獨的“大爆炸”中誕生，并最終演變成彼此分離的時空區(qū)域。這些宇宙永遠不會被直接觀測到，即使從原則上來講也是如此，我們甚至無法確定，它們究竟存在于宇宙之前、之后，還是同時。

然而，如果輸入的理論能夠預測出多元宇宙，并能為我們觀測到的現(xiàn)象提供令人信服的解釋，并得到“實戰(zhàn)檢驗”，那么我們就應該相信其他（不可觀測的）宇宙的存在，就如同相信目前的理論所預測的：原子內部的夸克或黑洞內部存在卷縮區(qū)域。

如果確實存在多元宇宙，那么接下來的問題便是：它們究竟有多少種不同的類型？這個答案依然取決于比我們目前所了解的更深、更統(tǒng)一的物理定律的特性。

也許某種“最終理論”會為宇宙的六個數(shù)提供獨特的表達公式。如果是這樣，即使存在許多宇宙，它們本質上只是當前宇宙的復制品，與單一宇宙作為全部現(xiàn)實世界的情況沒有什么區(qū)別，而那種明顯的調諧將仍然是一個謎。

我們仍然感到困惑的是，為什么在“大爆炸”的極端條件下會確定這樣一組數(shù)字，其取值恰好位于這樣一個狹窄的范圍內，為100億年后的宇宙帶來如此有趣的結果。

03.

不過，還有另外一種可能性。適用于整個多元宇宙的基本定律可能很寬松。每個宇宙都可能以各自獨特的方式演化，決定其特征的是一組不同于塑造當前宇宙的關鍵數(shù)字。

我們習慣于將地球上的偶然事件都解釋為“歷史的偶然”，比如，為什么會有一座特定的山，甚至對太空中的一些特征也作如是觀，比如星云和星系的形狀。盡管我們不懷疑它們是某些基本規(guī)律的結果，但無法更深入地解釋這些事件。

在很大程度上，力的強度和基本粒子的質量（包括Ω、Q和λ）可以成為支配整個多元宇宙的最終理論（可能是超弦理論的一個版本）的次要結果。

我們可以用“相變”做一個類比，諸如我們熟悉的水變成冰的現(xiàn)象等。當某一特定宇宙的暴脹階段結束時，空間本身（真空）經(jīng)歷了劇烈的變化。

隨著溫度的下降，基本力（引力、核力和電磁力）都“凍結成型”，并以一種可以被認為“偶然”的方式?jīng)Q定了數(shù)字N和ε的值，就像水結成冰時出現(xiàn)的結晶形狀一樣。

當宇宙處于微觀尺度時，由量子漲落決定的數(shù)字Q的取值也可能取決于這些相變是如何發(fā)生的。

有些宇宙可能表現(xiàn)出不同的維度，這取決于最初的九維空間收縮或者延展了多少。即使在三維空間中，也可能存在不同的微觀物理現(xiàn)象，可能存在不同的λ值，這取決于六維空間的類型，而其他維度都蜷縮其中。

有些宇宙可能有不同的Ω值（Ω決定了這些宇宙的密度，以及它們的“周期”會持續(xù)多久，如果它們重新崩潰的話）和Q值（它決定了宇宙的平滑程度，因此決定了宇宙中會出現(xiàn)什么樣的結構）。

在某些宇宙中，引力也許完全被“真空能量”（λ）的斥力壓倒，以至于無法形成星系或恒星。或者核力可能會超出ε接近0.007(24)的范圍，最終碳和氧無法在恒星中合成并保持穩(wěn)定，這樣就沒有元素周期表中的元素，也沒有化學物質。

有些宇宙的壽命可能非常短暫，在它們的整個生命中，其密度非常大，以至于各處溫度都相同的情況下，所有的一切都處于接近平衡的狀態(tài)。

還有一些宇宙可能太小、太簡單，根本容不下任何復雜的結構。

宇宙中的巨大數(shù)字N后面有36個零，其大小反映了引力的強弱程度：在引力作用變得重要之前，大量的粒子必須聚集在一起，例如，在恒星中就是如此（恒星可以被看成是受引力束縛的聚變反應堆）。

數(shù)字N取超大值的一個直接結果是：恒星的壽命變得非常長，這使光合作用和演化過程有足夠的時間在某顆合適的行星上展開。

我們設想過一種宇宙，其中N的取值沒有1036那么大，其他一切（包括其他5個數(shù)）都保持不變。恒星和行星仍然可以存在，但它們會變得更小，演化得更快。它們沒有足夠的演化時間，引力會粉碎任何大到足以進化成復雜有機體的物體。

任何“有趣”的宇宙都必須包含至少一個非常大的數(shù)字，因為在一個被壓縮到幾乎不包含粒子的宇宙中，不可能出現(xiàn)太多事物。每一個復雜的物體都必須包含大量的原子。若想以精細的方式進化，它還必須持續(xù)很長一段時間，這個時間要比單個原子事件所要的時間長很多倍。

不過，大量的粒子和較長的時間本身還不夠。即使在一個大、長壽且穩(wěn)定的宇宙中，我們可以控制的只是暗物質那樣的惰性粒子，這要么是因為物理過程預先排除了普通原子的存在，要么是因為普通原子全部被數(shù)量剛好相同的反原子湮滅了。

原標題：《多元宇宙真的存在嗎？》

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