其实,从20世纪80年代以后,多宇宙在弦论等其他的新理论发展中起了很好的“启蒙”作用,让理论物理学家在思考的时候脑洞大开。在这些新理论中,又出现了许多不一样的多宇宙,下面我们就来看看这些更精彩的“多宇宙”!
如前所述,一些前沿科学给了忠于多宇宙理论的人更多的信心,也有人在多宇宙的道路上渐行渐远,最有代表的就是泰格马克。他总结了各种多宇宙理论,并把这些理论分成四个级别:
第一级:可观测宇宙的延伸
可观测宇宙直径为730亿光年,超出这个范围之外的宇宙,由于宇宙正在加速膨胀,我们已经看不到那里,可能永远也看不到。泰格马克认为存在着一个各态遍历的无限宇宙,每个角落里的物理定律都和我们这里一模一样,各种常数的大小也完全相同,但却存在着几乎无限多的子结构,每个子结构的物质分布都与我们所在的有所不同。这么多子结构一起,正是代表着整个宇宙的无限可能性。
按照泰格马克的估计,我们要航行10的10的115次方米(可不是10的1150次方哦,是1后面写10的115次方个零)后,才有可能到达其他的子结构。
第一级子宇宙(子结构)仍然相连。
计算机模拟了一片超过5000万光年宽的空间区域的图像,显示了在宇宙中光源的大规模分布,但我们对这些光究竟来自星系还是类星体尚不清楚。第二级别:不同物理常数的宇宙
有科学家是如此解释宇宙的暴胀现象的,如同面包或者馒头的“发酵”,其中的气泡不断变大,这就是我们的宇宙正在加速膨胀。这样的宇宙也被称为“泡泡宇宙”,或者“口袋宇宙”。不同的“泡泡宇宙”在形成的时候可能会经历不同的自发对称性破缺,导致宇宙完全不同的性质,比如不同的物理常数。也就是说,在不同的“泡泡宇宙”里,物理定律可能完全不同。
相比于第一层级的宇宙,第二层“泡泡宇宙”相互之间并不相连,不然我们就吃不到面包啦~~
每一个泡泡里是一个宇宙,相互之间并无连接。第三级别:量子力学的多世界解释
泰格马克将艾弗雷特原始的多宇宙理论放在了这个层级,理由是::“一级和三级之间的唯一区别就是你的二重身份(另n个你)住在哪里。在第一级,他们生活在和我们同一个宇宙的其他地方,这个宇宙所有地方的三维结构性质一样,并且相互连通。而在第三级,它们生活在无限维希尔伯特空间的另一个量子分支上。”
第四级别:终极合奏
这是泰格马克自导自演的多宇宙终极演出!
泰格马克认为,宇宙中最基本的乃是数学的形式逻辑,一切、万事万物,甚至宇宙的终极规律(TOE,Theory of everything)都可以用数学来描述。原来,竟然存在某一些宇宙,那里的数学都和我们不一样,在那里,1+1不一定等于2,π也不一定等于3.14……,这样的宇宙会是一番什么样的形态?那里可以诞生生命吗?
这也难怪,一些科幻小说里面也借鉴了这一点,竟然可以改变宇宙的数学规律,对敌人进行数学打击!
宇宙的基础是数学无独有偶,科学家格林写了一本科普著作《隐藏的现实》,其中对各种各样的多宇宙理论进行总结,他竟然整理出9种多重宇宙!
一、衍缝宇宙
和泰格马克第一层类似,无限宇宙中存在各个子空间。
二、暴胀宇宙
和泰格马克第二层类似,宇宙暴胀导致某些部分如同气泡一样出现一些新的小宇宙。
三、膜宇宙
格林是弦论发展史上的核心人物之一,按照弦论的假设,我们的整个宇宙如同一张膜,这张膜漂浮在一个更高维度的空间里。在这个高维空间里,还有其他膜,对应于其他的宇宙。每隔几万亿年(可能更久),由于引力或其他我们不了解的力的作用,膜就会相互碰撞和撞击。当它们碰撞时,产生的能量足以引发大爆炸。
按照这个理论,我们今天看到的物质和辐射是在最近一次碰撞中产生的,驱动宇宙膨胀的暗能量就对应于膜之间的作用力。也许未来由于膜之间作用力的变化,暗能量也可能驱动宇宙收缩。
看看看,膜撞了,又有宇宙要大爆炸(big bang)了!四、循环宇宙
提出宇宙常数的爱因斯坦早年曾是稳态宇宙的支持者,在哈勃发现宇宙膨胀以后,他在1930年提出一个宇宙振荡理论,认为宇宙遵循一系列永恒的振荡,每一次振荡都以大爆炸开始,不断膨胀,直到物质的万有引力使其反弹收缩并最终以大坍缩结束,之后开始下一次的大爆炸。
下一次的宇宙是我们这一次宇宙的情景再现吗?还是会产生一个各态遍历的其他形态的宇宙?
著名科幻作家宝树“狗尾续貂”的成名作《三体X》在结尾处就用到了这个循环宇宙理论,在宇宙“重启”之后,作者的乐观情绪让下一次宇宙比我们这一次更加美好,伟人没有启动红岸计划,也就没有人去宇宙广播;三体星人获得了一个美丽的世界,无需为生存问题而侵略太阳系;最终读者惊奇的发现,原来屌丝云天明就是《三体》的作者刘慈欣。那么问题来了,究竟孰为真孰为假?难道《三体》描述的是上一次宇宙吗?
五、景观宇宙
按照弦论,需要10个维度,之所以我们看不到多余的6个维度,是因为它们蜷缩起来了。这个“隐藏”起来的6维空间叫做丘成桐-卡拉比空间。原来,我们的宇宙竟然是这番景象,在最微小的地方,竟然存在着一个又一个卡丘6维空间。每当你一挥手,你的手不仅穿过了我们熟知的3维空间,还拂过了无数个蜷缩的卡丘6维空间。
还记得我们之前提过的“泡泡宇宙”吗?每个泡泡都有其独特的物理定律,然而格林告诉我们,我们应该认识到,这些泡泡都是十维的(也许应该说,和我们宇宙平级的泡泡)。我们这个十维泡泡还可能发生量子隧穿,形成一个宇宙学常数更小的宇宙,新宇宙得到了额外的维度,膨胀速度更慢,也就变成了泡泡里的泡泡。这被叫做景观宇宙,相当于把第二级宇宙又变出了多个层次,我们的宇宙也只属于其中一个层次而已。
丘成桐-卡拉比空间是这幅模样。六、量子宇宙
就是艾弗雷特的多宇宙理论。
七、全息宇宙
如今,全息摄影技术已经司空见惯,在二维的照片上,可以看出三维的立体效果。
全息效果展示图谁能想到,我们可能就生活在一个二维的宇宙中呢?
你可能觉得这太震撼了,怎么可能呢?我们已经习惯了一个三维的世界,前后、左右、高低,一切都太熟悉了。现在你告诉我其实并没有那么多维度,你要我如何相信?
这个灵感来自对黑洞的研究,按照某些为了调和量子力学和广义相对论的新兴量子引力论,比如弦论和M理论,所有落入黑洞的物体的信息被完全包含在视界的表面波动中。也就是说,三维的物体和视界二维球面(也许是其他形状)上的信息可以一一对应,也就可以相互转换。在数学上,记录和投影可以说是等效的,这完全可行。
那么问题来了,三维和二维,究竟哪个是真实的?
我们的宇宙其实是2维宇宙的全息照片(hologram)?八、模拟宇宙
我们的宇宙其实处于一个计算机模拟的系统里,很多科幻影片里提到了这一点,比如《黑客帝国》,除此以外,“缸中之脑”这种point也可以算作这种宇宙。
我们身处一个计算机之中吗?九、数学宇宙
和泰格马克的第四级宇宙类似。
弦论大师——格林这里小结一下,
1, 多宇宙理论源于对量子佯谬——“薛定谔的猫”的解释,是众多对量子力学本源问题的解释之一。
2, 多宇宙理论在得到明显的观测证据之前,只能称得上是一个科学猜想,并不是一个经得起考验的科学结论。
3, 多宇宙理论在最新的物理学理论发展中发挥了重要作用,因此是最受关注的科学猜想之一,我们期待着它能够启发更多物理学家(不管是作为经验还是教训),推动科学界最前沿的发展。也许,宇宙的本源比我们的想象更加精彩!
彩蛋:
看完权威们的故事,我们再看看非专业人士的想法,我们惊喜的发现,多宇宙理论在民间的接受度更高。
1995年,在一项对72名“主要宇宙学家和其他量子场理论家”进行的民意调查中,竟然有58%的人认同多宇宙理论是对的。
多宇宙理论的死忠粉泰格马克也提过,在1997年的一次量子力学研讨会上,曾经进行过一项“非常不科学”的民意调查,多宇宙理论排名第二,仅仅落后于哥本哈根解释。
在1998年的剑桥大学量子计算会议上,有大约200人观众接受了调查,多宇宙理论几乎和哥本哈根解释相当,仅差几票,屈居第二。
多宇宙理论也曾遭受过冷遇,2005年,滑铁卢量子计算大学研究所在一堂量子力学课程结束后,对不到40名学生和研究人员进行了一项调查,结果发现多宇宙理论是最不受欢迎的。
2011年在奥地利的一次会议上,33名参与者参与了一项民意调查,其中6人支持多宇宙理论, 14人支持哥本哈根解释。
从多次投票结果来看,哥本哈根解释仍稳固的统治着量子帝国,多宇宙理论却一直试图撼动它的地位,也是最最有望的!
然而,又有谁相信,科学是由投票来决定的呢?