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“如果有平行宇宙……”

本文共3004字,阅读时间约7分钟


有这样一首三行情诗:

也许在平行世界里是基尾虾在剥我的壳 , 

练习册在写我 , 满天的我落在枫叶上、雪花上 , 

而你想到了我。

平行世界是一个多么动人的想象。倘若有无穷无尽的世界,我的人生能够实现任何一种可能。我未走过的路、未见过的人、没机会说的话、做错的选择,都在某个宇宙中以另一种方式实现。在那些与我遥遥相望的无数个宇宙中,总有一个我,圆满了所有遗憾。

在无穷无尽的人生中,总有一个我,是幸福的。

而这一切,都建立在平行宇宙存在的基础上。


很多理论提出了平行宇宙的可能性,包括宇宙学、量子力学、弦论,还有哲学和计算机意义上的假想。

让我们先来看宇宙学中的推论。

第一种平行宇宙被称作“百衲衣宇宙”。众所周知,宇宙中最快的速度是真空中的光速。由于宇宙的寿命有限(至今137亿年),我们能看到的视野范围(宇宙寿命×光速)也有限,这个范围被称作视界。在视界范围外的事物是无法被观测到的。

百衲衣宇宙就像披萨饼上放的许多火腿片

如果宇宙是无限的,那么在我们的视界范围外还有无限的空间,在这些空间中可能存在着无数个其他的宇宙,和我们的可观测宇宙一起排列着。这幅样子有点像一块布料上打了许许多多补丁,因此被称为“百衲衣宇宙”。

更有趣的是,在“百衲衣宇宙”理论中,由于宇宙的数量无限而每个宇宙中含有的粒子数目有限,粒子的排列组合必然也有限。这就意味着不仅仅存在着其它宇宙,还必然有某些宇宙是另外一些宇宙的重复或修订版

宇宙微波背景辐射是暴胀理论的一条证据

另一种平行宇宙是由暴胀理论导出的,而暴胀理论最初是为了解释平直性疑难。

假如你处于太空中且有着极佳的视力,那么无论你向前看还是向后看137亿光年,你看到的星体分布都差不多,即宇宙中物质大致均匀分布。然而前后的星体之间的距离是2×137亿光年,两倍于大于它们的视界,它们不可能互相接触,又如何达成相似呢?

为了解决视界疑难,在宇宙大爆炸之后必然存在某个时期,宇宙的膨胀比较缓慢,使得物质之间能够充分作用并趋向均匀。为了弥补缓慢膨胀的时间,在这之后空间将经历一个突然膨胀的时期。在这段时期,空间的膨胀速度甚至会超过光速,被称作“暴胀”(inflationary expansion)。

暴胀理论的提出解决了平直性疑难和视界疑难,并成为了如今较为公认的理论。然而另一个问题随之而来:是什么让暴胀停止了?

一些科学家认为:暴胀从未停止过。他们提出了一种类似于电场、磁场、引力场的“暴胀场”假想,并认为这个场充斥整个宇宙。暴胀场并不是均匀的,它的某些区域值比较大,某些区域值比较小。在值较大的区域,暴胀仍然进行着;而在值较小的区域(比如我们的宇宙),暴胀停止,并形成宇宙——这就是平行宇宙的来源。

形象地来说,暴胀场有点像多孔的奶酪。在它的中间有许多空洞,就是一个个宇宙。这样的宇宙也被称为“气泡宇宙”(bubble universe)或者“口袋宇宙”(pocket universe)。

气泡宇宙与百衲衣宇宙并不矛盾。气泡宇宙从更高维看上去是有限的,但从自身的维度看来仍然是无限的。每一个气泡宇宙可以包含着无数个百衲衣宇宙。

这幅科幻电影一般的假想图尽管令人兴奋,但却建立在许多假想和猜测上。例如,百衲衣宇宙要求宇宙空间是无限的。但对于宇宙到底是无限还是巨大但有限,我们至今没有定论。两者的理论都受到许多观测证据的支持。

而气泡宇宙需要的假设更多一些。暴胀场本身就是理论上的推测,其中的场线等概念完全出于人为的规定,并且它的存在在短时间内无法通过实验来检验。


除了天文学,前沿物理理论也预言了一些平行宇宙的存在。

最为著名的莫非量子力学中的“多世界解释”了。在电子双缝实验中,电子在显示板上形成了干涉条纹。诡异的是,当电子一个一个穿过双缝时(相互之间不产生影响),大量电子仍然集合出了干涉条纹。

显而易见,每个电子只能穿过一条缝,它是如何知道千里之外(相对于它自己的尺寸来说)有另外一条缝,并按照两条缝的规律形成干涉条纹呢?

一种解释说:电子同时穿过了两条缝。更准确地说,电子是一种概率波,它弥散在空间所有位置中。当一个观察者试图确定它的位置时,宇宙即发生了一次“分裂”,就像阿米巴虫一样。

每一种可能性都在某个宇宙中发生了,但分裂后的每个宇宙中的观察者只能看到其中的一种可能性。量子多重宇宙就像一棵树,每次观察都创造出新的分支。每个宇宙都是“真实的”。

这种解释在物理上是繁冗的,粒子的每次行为都将创造新的平行宇宙,这将给那些喜欢奥卡姆剃刀的人带去多大的别扭!然而它的数学基础简洁、始终如一,粒子的行为由“薛定谔方程”决定,不需做出改变。

除了著名的量子力学概念,弦理论也提出了关于平行宇宙的预言。在弦论的膜宇宙方案中,我们的宇宙存在于一张三维的膜上,并且漂浮在更高维的空间中。其它的平行宇宙也漂浮在我们周围,好像许多面包片一般排列着。

也正如面包片之间能碰撞那样,不同的三维膜之间也有可能发生碰撞。这样的碰撞产生的能量将摧毁整张膜的内部结构,进而灭亡整个宇宙。

有的理论认为,膜之间的碰撞是宇宙大爆炸的开端。每一次碰撞都会创造出一系列的平行宇宙。还有的理论将暴胀理论与弦理论结合起来,认为高维的各种形态会创造不同的泡泡宇宙

令人沮丧的是,弦理论至今仍未提出可以被实验检验的预言。而物理理论不管在形式上多么天花乱坠,只要未被实验证实,就无法被判断为真实。

即便是著名的量子力学多世界解释,也面临着同样的困境。实际上,对于粒子的行为有更多的解释方案,可以规避令许多科学家深恶痛绝的平行宇宙树。例如较主流的哥本哈根解释认为,观测者造成了电子波函数的“坍缩”,使得它产生了实验中的结果。这些解释不需要平行宇宙。


还有最后一种平行宇宙概念,它更接近于一种思想实验。

《黑客帝国》的观众想必对“虚拟世界”的概念不会陌生。正如《数码宝贝》中的计算机世界一样,在运算力足够强大以后,我们完全可以在计算机中创造出其它宇宙。

这不禁令人深思,我们有没有可能也是其它物种在计算机中虚拟出来的存在?尽管这种虚拟以目前的技术无法实现,但没人能保证它不会再未来的某一天变成现实。

如果这样的平行宇宙真的存在,那么不同平行宇宙中的物理规律也不必相同。换言之,每一种可能的物理规律都会在不同的宇宙中存在。

因此我们不必再问为何光速是每秒30万公里,为何电子电量、普朗克常数以及一系列其它物理常数都是某个特定的值。在其它的宇宙中,存在着不同的光速、不同的电子电量和不同的普朗克常数。我们的宇宙并不特殊,只是各种可能性中的一种。


平行宇宙或许是现代科学中最引人入胜的设想。它听起来像是科幻小说和电影里的天马行空,却有许多科学家孜孜不倦正在严肃研究。

然而直至今日,仍然没有一种可能性可以让我们说出“平行宇宙存在”这样的话。每一种平行宇宙理论都有自己的瑕疵,或者难以经受现实的检验。

然而,我们仍然忍不住畅想并期盼平行宇宙的存在。

毕竟,人类的想象中有那么多绮丽的风景与叱咤的人物,却没有一个与我们共享同一世界。倘若知道在某个宇宙的另一个地球上,我们能和那些童话中的动物、神话中的精灵和谐地共存,那将是一种怎样的奇迹。

毕竟,我们的一生有那么多遗憾与错过,却随着时光流淌再也无法消除。如果真的有那么一个地方,没有伤痛与悲哀,那将是一种怎样的美好。

只要知道,在万千个平行宇宙中终于有一个我获得了幸福,就足够让人在仰望渺远的星空时,心中充满一种微小的感动了啊。



参考文献:

[1] Brian Greene. The Hidden Reality: Parallel Universes and the Deep Laws of Cosmos. Alfred A. Knopf, 2011.

[2] 王飞跃. 黑洞、真子与平行世界. 科学文化评论,2008.

[3] John & Mary Gribbin. In Search of the Multiverse. Penguin Books, 2009.

[4] Michio Kaku. Parallel Worlds. Doubleday, 2004.

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