平行宇宙是什么？天文科学家来告诉你

大漠孤烟

12月9日消息，平行宇宙是否真实存在，关于这一话题，科学界目前也未能统一答案。就在去年10月，一个理论物理学小组聚集在马德里就深奥的弦理论世界的两个议题“异界景观现象”和“人择原理”展开了讨论。

　　前者意味着弦理论方程能够导出大量可能的宇宙的存在。后者试图解释的是为何我们这个宇宙的种种特性，包括各个基本自然常数会像现在这样存在。在这里专家们难以回避的问题就是平行宇宙(多重宇宙)。

　　该领域最权威的两大专家、物理学家安德烈·林德和阿兰·古思认为，即便存在其他的宇宙，也是在离我们非常遥远的空间，我们永远不会与其发生接触;他们的同行保罗·J·斯坦哈特和尼尔·图罗克择坚持认为平行宇宙存在于不同的时间点;而马克斯·特格马克和已故科学家丹尼斯·夏默则认为其他的宇宙与我们所在的时空是彻底远离的。

　　纳秒间膨胀数千倍的宇宙泡沫

　　另一方面，一些宇宙学家认为实际情况是宇宙中一些区域因为某些偶然因素而与我们失联了。由于宇宙是在140多亿年前的大爆炸中诞生的，而光以一种有限和可知的速度运行，可见宇宙的半径在430亿光年左右。而那些位于更远处的都是和我们在同一空间的宇宙。

　　为了能够深入平行宇宙存在的理论推测世界中，我们可以从宇宙学家阿兰·古思在1979年12月提出的“暴涨”概念出发。他认为宇宙在大约10的负32次方秒的时间里经历了一个短期的加速膨胀阶段。他也根据这一理论对困扰宇宙学家们的宇宙均匀性的问题给出了解释：这一暴涨阶段基本上将所有不规则性都抹平了。从这一观点出发，包括俄罗斯人安德烈·林德在内的其他一些理论物理学家开发出了其他一些可能性。例如为何只可能存在一个暴涨阶段影响所有宇宙?由此产生了所谓的“永恒暴涨”理论。

　　用足球解释永恒暴涨理论

　　为了更好的解释这一理论，林德提出了以下类推：将现实宇宙想像成一只足球，表面存在一块块被涂上颜色的正五边形和正六边形。暴涨阶段对整个球体都产生了影响，但在不同的区域，也就是各个多边形中有不同的影响方式。其中的每个区域都出现了幂增长，并且与其他任何区域之间没有因果关系。因此，生活在咖啡色正五边形中的人就会认为宇宙就是咖啡色的，而生活在黄色正六边形中的人也会认为宇宙就是黄色的。以此类推至宇宙学中，每个多边形(宇宙)都存在于一个足球(多元宇宙)中，其颜色是由其中主导的物理定律决定的：在一些宇宙中这些定律非常简单，并没有形成星体和银河，而另一些中甚至不存在生命出现的条件，而包括我们所在的宇宙在内的很多其他宇宙却是拥有强大增殖能力的。这所有的一切都取决于其中的定律。

　　不管怎样，永恒暴涨带来的多重宇宙理论吸引了一大批物理学家的注意，他们相信所有的一切，从微粒到自然力量，都能够通过弦理论来解释。该理论的基本观点是，宇宙万物的基本单元是一样的，那就是而是很小很小的线状的“弦”。就像一把小提琴上的弦能够弹奏出惊人数量的旋律一样，每个亚原子粒子都有相应的弦的振动方式。由此可以论证20世纪两大物理学理论：量子理学和爱因斯坦广义相对论。

如果将暴涨理论与弦理论结合在一起，就能得到非常有趣的结果。一方面，暴涨使得空间在空白处无限延伸。量子效应导致了新的宇宙的产生，就像一个孩子对着一个圈圈吹气产生很多泡泡那样。

　　与此同时，弦理论认定这些泡泡的出现在彼此之间并没有任何联系，而是每个泡泡都拥有不同类型的微粒、自然力量和物理学定律。换句话说，弦理论的异界景观现象意味着其方程式中有10的500次方那么多种可能的答案(即宇宙);暴涨使得所有这些可能出现的宇宙成为了现实，存在于一个难以想象无限庞大的多重宇宙空间中。

　　那么，又是为什么我们现在所认识的所有物理常数是我们看到的这样，而不是其他样子呢?

　　我们生活的宇宙是唯一存在即合理的宇宙吗?

　　如果基本电荷和光速并非现在我们所知的定量，那么宇宙中的生命也许就不会存在，这是专家们常常思考的问题。多重宇宙的存在可以解释这一问题：每个宇宙中都存在属于自己的物理特性，而我们所生活的这个宇宙也存在着与生命相匹配的种种必要定量。不过，我们真的不是在杀鸡用牛刀吗?真的有必要引入多重宇宙的观点来解释我们身边一些小小的自然现象吗?

　　1766年，德国天文学家约翰·蒂蒂乌斯提出了一条关于太阳系行星距离的定则，此后发现的小行星和天王星也都符合这一定则，而且在一些卫星系统中，规则卫星也同样存在着类似关系。科学家们对此无法给出一个理论解释，除非搬出多重宇宙观点：在10的500次方这么多的宇宙中，我们所在的这个恰好就是遵循这一定律。不过对于多重宇宙怀疑论者来说，能够解释一切的理论实际上说明不了任何问题。

　　　是否有办法能够证明这些与我们平行的世界存在于物理学家的黑板之外?有人认为应当在宇宙微波背景辐射中搜寻蛛丝马迹，其中甚至或许还保留着存在于我们之前的其他宇宙留下的信息;还有人试图去确定宇宙空间的拓扑结构。无论如何，目前看来多重宇宙仍不过是一个概念，而非一个确定的理论。

　　不同时间点的无数个我自己

　　几乎所有该领域的意见都不过是一些想法的拼接。因此，尽管暴涨机制确实存在，但仅凭这一点无法确定在其他宇宙中存在不同的物理常数，除非结合弦理论，但后者遭到的质疑更多。

　　如果平行宇宙与像量子力学这样更深层次和得到验证的理论存在关联，我们或许就能对这一空间存在其他宇宙的说法深信不疑了。甚至还能相信这些宇宙中的很多都和我们所在的一样，无数个不同版本的我们生活在其中。以上这些这正是著名物理学家休·埃弗里特在1957年创立的“多世界理论”所阐述的，他也就此开创了“平行世界”量子理论。

很显然，谁也无法确定宇宙增殖的存在，宇宙之间也不可能有联系。认为存在无数个版本的自己和自我意识的想法或许有些矛盾。已故物理学家布赖斯·德威特这样说到：“每颗星球、宇宙的每个遥远角落发生的量子跃迁都将我们的世界分割成了无数个版本的自身。这是一种心甘情愿的精神分裂!”

　　宇宙是一个很奇妙的地方，除了平行宇宙，还有很多我们难以解读的东西，下面我们就来看一看宇宙中那些最神秘的事情。

　　反物质：就像超人也有另一个自己“毕沙罗”一样，组成世间万物的粒子们也有自己的对立面。一个电子有一个负电荷，那么它的相对应的反物质就带有正电荷。物质与反物质相碰撞时会泯灭，它们会根据爱因斯坦的E=mc2公式来释放能量。在未来，可能一些飞行器会使用这种反物质来设计引擎。

　　微型黑洞：如果“膜宇宙”的理论是正确的，那么我们的太阳系可能遍布着上千个迷你黑洞，每一个大小都在原子核大小，它们和那些大黑洞不一样，是宇宙大爆炸的遗留物，对时空的影响也不同，可能和第五维有着密切的关系。

　　宇宙微波背景：宇宙微波背景也简称为CMB，这些辐射残留是大爆炸时期的产物。它于60年代被第一次发现，似乎是一种源自宇宙各个地方的无线电噪音。CMB是大爆炸理论的最好的证明物。最近的精确测量将CMB的温度定位在了华氏-455度。

　　暗物质：科学家认为暗物质是组成宇宙中大部分空白的物质，但在现有的技术下它们既不能被观察也无法被检测到。它们编辑轻量级的中微子到看不见的黑洞之间。一些科学家甚至怀疑暗物质是否存在，并且暗示它们被认为是可以解释重力作用的关键因素。

　　系外行星：直到九十年代早期，我们唯一熟知的行星还是太阳系内的这几颗。但目前科学家们已经确认了超过500颗系外行星(截止到2010年11月)。它们的范围遍及庞大的气体星群到微小到难以称为行星的物质，包括暗轨道上的岩石，红矮星等等。但第二地球的搜寻还在进行中。天文学家们依旧相信技术的发展会让我们最终找到类似的世界。

　　引力波：引力波是爱因斯坦的广义相对论中提及的时空扭曲面。引力波是以光速运行的，但它们非常微弱，不想科学家期望的那样，可以引发一些大型的宇宙事件，比如黑洞的产生。LIGO和LISA是两个发送出去检测引力波的专门探测器。

　　行星吞食：就像地球上的生物一样，星系们也会随着时间的推移“吞食”对方。银河系的近邻仙女座，现在就正在进食它的一颗卫星。仙女座有十几个分散的星团，它们都是宇宙过去的残羹剩饭。这张图片模拟得是大概三亿年前仙女星座与银河系的一次碰撞。

　

　　中微子：中微子的电荷是中性的，它们比基本粒子质量要轻，可以毫无阻碍的穿过几千公里，比如你正在阅读这段文字时，就会有一些穿过你的身体。这些“幽灵粒子”产生于一些内部反应，还有一些超新星爆炸等。在一个中微子检测项目中，不少探测器被置入了地下、深海或大冰川的内部。

　　类星体：这些明亮的星标对于我们来说是宇宙可见的边缘，提醒着科学家宇宙混沌的起源。类星体可以释放比上百个星系结合在一起还要多的能量。它们是遥远星系中心的可怕黑洞。这张图拍于1979年，是类星体3C 273。

　　真空能量：量子力学说，真空空间是由“虚拟”的亚原子粒子产生的气泡，每时每刻都在不停的出现和消失。这些稍纵即逝的例子赋予了空间一定的能量，这种能量根据广义相对论，可以制造反重力的作用力，让空间分离膨胀。不过就算这样解释，也没有人真正知道造成宇宙不断膨胀的真正原因是什么。