可觀測宇宙之外是否還存在更大的宇宙?

物理 宇宙 探索 科學 奧祕365 2018-12-14

在很多時候,我們認為宇宙包含了一切。但是無論宇宙的真實本質是什麼,我們獲取宇宙信息的能力從根本上是有限的。

可觀測宇宙之外是否還存在更大的宇宙?

可觀測宇宙之外是否還存在更大的宇宙?

自宇宙大爆炸以來,時間只過去了138億年,而任何信息傳播的最快速度——光速是有限的。即使整個宇宙本身可能是無限的,但可觀測宇宙是有限的。然而,根據理論物理學中的主流思想,我們的宇宙可能只是一個更大的多元宇宙的一個極小區域,大宇宙中包含了許多宇宙,甚至是無限的宇宙。關於多元宇宙的理論,只有其中一些是真正的科學,另一些僅僅是推測性的、一廂情願的想法。下面是如何辨別多元宇宙理論的科學性。但在此之前,我們需要來了解一下背景。

通過測量星系的光譜,我們可以知道它們的距離以及遠離銀河系的速度。結果發現,宇宙在膨脹。河外星系離得越遠,它們就以越快的速度退行。根據廣義相對論,這意味著宇宙在膨脹。

如果目前的宇宙正在膨脹,那就意味著它在過去的時候更小、更緻密。把時間往回撥,宇宙要比現在更為均勻,並且更熱。當時間回溯到138億年前時,就回到了宇宙大爆炸。

但是大爆炸並不是宇宙的最初開端!我們只能在大爆炸的預測崩潰之前的時間,推斷出一個特定的時期。我們在宇宙中觀察到的很多事情都是大爆炸無法解釋的,但是宇宙暴脹理論可以。

可觀測宇宙之外是否還存在更大的宇宙?

可觀測宇宙之外是否還存在更大的宇宙?

在20世紀80年代,通過暴脹理論得到了很多預言,其中包括:(1)大規模結構的種子應該是什麼樣的;(2)溫度和密度的波動應該存在於比宇宙視界更大的尺度之上;(3)即使有波動,空間的所有區域也應該存在恆定的熵;(4)熱大爆炸應該有一個最高的溫度。

在隨後的30年裡,暴脹理論的四種預言在觀測上得到了精確的證實。

暴漲理論表明,在大爆炸之前,宇宙並沒有充滿粒子、反粒子和輻射。相反,宇宙充滿了空間本身固有的能量,而這種能量導致空間以一種極高的速率膨脹。在某一時刻,暴脹結束了,所有或者幾乎所有的空間固有能量轉化為物質和能量,產生了熱大爆炸。暴脹的終結,以及宇宙的再加熱,標誌著大爆炸的開始。大爆炸仍在發生了,但這並不是宇宙的最初開端。

如果這就是宇宙的歷史,我們所擁有的就是一個非常巨大的宇宙。它在任何地方都有相同的性質,到處都是相同的物理定律,我們可見的視界之外的宇宙部分與我們的情況相似,但它們不會被合理地稱為多元宇宙。

注意,物理上存在的所有東西本質上都必須是量子的。即使是包含所有未知因素的暴脹,都必須是一個量子場。

如果要求暴脹擁有所有量子場的屬性:(1)它的性質有其固有的不確定性;(2)這個場是由一個波函數描述;(3)隨著時間的推移,這個場的數值會逐漸展開。基於此,我們會得到一個意想不到的結論。

暴脹不會同時出現在任何地方,而是在特定時間出現在某個不連通的位置,而這些位置之間的空間繼續暴脹。因此,應該存在多個巨大的空間區域,在那裡,暴脹結束,大爆炸開始,但它們永遠不會遇到彼此,因為它們被暴脹空間的區域分隔開來。無論暴脹何時開始,至少在某些地方,它幾乎肯定會永遠持續下去。

在暴脹結束的地方,熱大爆炸將會隨之開始。我們所觀測到的宇宙的一部分只是這個區域的一部分,在那裡,暴脹結束了。除此之外,還有更多不可觀測的宇宙。但也有不計其數的區域都是互不相連的,它們有著同樣的過程。

可觀測宇宙之外是否還存在更大的宇宙?

可觀測宇宙之外是否還存在更大的宇宙?

這就是多元宇宙的概念。如上所述,它是基於兩個獨立的、被廣泛接受的理論物理學的方面:一切事物的量子本質和宇宙暴脹的性質。沒有一種已知的方法能夠來測量它,就像沒有辦法測量我們宇宙中不可觀測宇宙一樣。但是,這兩種理論——暴脹理論和量子物理學已經被證明是有效的。如果它們是對的,那麼,多元宇宙是一個不可避免的結果,而我們就生活在其中。

不過,那又怎樣呢?如果真的是這樣,有大量的理論後果是不可避免的,但我們不能確定,因為我們無法測試它們。

那麼,為什麼會有很多的理論物理學家撰寫關於多元宇宙或者平行宇宙的論文呢?為什麼他們聲稱多元宇宙是與弦景觀、宇宙常數、甚至是我們的宇宙對於生命具有完美調諧的事實聯繫在一起?

原因在於即使這顯然是個錯誤的科學想法,但物理學家也沒有更好的科學想法。多元宇宙本身並不是一個科學理論,更確切地說,這是物理定律預言的一個理論結果。

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