23平行宇宙

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现代理论物理最令人难以置信的发现： 平行宇宙真实存在！

本书关键词 

平行宇宙  现代理论物理

专业解读人 

王爽。中山大学物理与天文学院研究员，科普作家，《给孩子讲宇宙》作者。

名人推荐 

布赖恩·格林（哥伦比亚大学理论粒子物理学教授）：在《平行宇宙》一书中，加来道雄博士以其无与伦比的解说才能，讲述了现代物理学得出的一种最令人难以置信、最激动人心的可能性，即，可能存在着广阔无垠的宇宙之网，里面排列着许多宇宙，也许是无穷多个宇宙，而我们这一宇宙只不过是其中之一。

你将获得 

● 宇宙是怎么诞生的呢？

● 我们的宇宙是独一无二的么？

● 宇宙的终极命运是什么？

书中金句 

● 宇宙是弦的交响曲。

● 不管我们愿不愿意，如果我们想以科学为生涯，我们最终都必须得学“大自然的语言”——数学。

● 宇宙中的任何智慧物种从开始理解物理学基本定律的时候起，就将被迫认识到，宇宙及其可能容纳的任何智慧生命最终都将死亡。

精华笔记 

《平行宇宙》介绍了20世纪以来理论物理和宇宙学的一些最重要的进展。平行宇宙理论有时也被称为多元宇宙理论，认为宇宙并不唯一，在我们的宇宙之外还有许许多多的宇宙。

 

按宇宙学界主流的观点，宇宙起源于一次暴涨。关于暴涨，回答了四个问题。

 

1. 什么是暴涨？

暴涨说的是，在创生之后的一段很短的时期内，宇宙的总体积发生了指数式的膨胀。按照暴涨理论，在创生后远远不到1秒的时间里，宇宙的总体积一下就膨胀了一万六千亿亿亿亿亿亿亿倍。在经历了这个疯狂的暴涨之后，宇宙就从一个特别特别小的微观区域膨胀到了一个宏观的尺度。在此之后，大爆炸才正式启动，诞生出中微子、光子这些微观粒子，最终把宇宙变成了我们今天看到的样子。

 

2. 暴涨是怎么产生的？

现在的科学实验已经证明，真空是有能量的。真空就是一个能让置身其中的物体稳定存在的时空区域。即使是真空也会有能量大小的差异。在所有的真空中，有一个能量最小的真空，即“真真空”。而其他能量较大的真空，就是“假真空”。

1981年，美国物理学家艾伦·古斯发现，如果宇宙诞生在一个高能量的假真空环境里，它就会被假真空的能量推动而向外膨胀。在这种情况下，宇宙的膨胀一定是指数式的膨胀。这就是暴涨的由来。

 

3. 暴涨有什么用？

暴涨可以同时解决三个宇宙学疑难问题。

第一个是磁单极子问题。所有的磁铁都同时具有南北两极,只有南极或北极的磁铁就是磁单极子。为何找不到磁单极子?暴涨在不到一秒的时间内，把宇宙变得无限大,磁单极子的密度被极度稀释，所以我们就无法再找到它。

 

第二个是平坦性问题。从概率的角度来说，处于弯曲状态的可能性比平坦状态大得多。实际的天文观测表明宇宙是平坦的。因为无论它在创生之初是什么形状，暴涨都能把它给弄平。暴涨迅速放大了整个宇宙的尺寸，从而把宇宙创生之初的空间弯曲给抹平了。

 

第三个是视界问题。目前的天文观测表明，在足够大的尺度上，宇宙中物质分布地特别均匀，以至于到处看起来都一模一样，这说明过去一定发生过信息的交流。但整个宇宙又特别大，即使是速度最快的光也不可能跑得完，那它们如何完成这个超光速的信息交流？这就是所谓的视界问题。有了暴涨，视界问题也迎刃而解了。暴涨使空间本身发生了极速的膨胀，但其实在一开始，它们就已经完成了信息的交流。

 

4. 暴涨为何会导致多元宇宙？

 

1983年，美国物理学家保罗·斯泰恩哈特指出了一种理论上的可能性，称为永恒暴涨。它说的是，暴涨一旦开始，就永远都不会结束。后来科学家发现，几乎所有现实一点的暴涨模型都会导致永恒暴涨。按照宇宙学家的估算，永恒暴涨所能产生的宇宙的个数大概是10的500次方！

 

宇宙的起源是暴涨，宇宙最终的结局是大冻结。关于大冻结，回答了四个问题。

 

1. 什么是大冻结？

在物理学中，存在着一个最低的温度，那就是绝对零度，即 -273.15℃。在这个温度下，所有物体的热运动都会停止。大冻结理论说的是，早晚有一天，宇宙中的每一个角落，都会处于绝对零度的状态。到那时，宇宙将变得空无一物，没有任何天体，没有任何生命，没有任何能源，只有无尽的黑暗和寒冷。

 

2. 宇宙为何会陷入永恒的黑暗？

我们现在生活的地球，是一颗生机盎然的星球。而它之所以能保持活力，最重要的原因是它能持续不断地从太阳获得能量。一旦失去了太阳的能量，地球立刻会变成一个死气沉沉的地方。那太阳的能量来自它中心区域的核聚变。但问题在于，太阳中心能用于核聚变的原料是有限的。不止太阳，宇宙中所有的恒星最终都难逃一死。

目前宇宙中既有老的恒星死去，又有新的恒星诞生。我们的宇宙将会永远地膨胀下去。能用来孕育恒星的能量将不断减少，直到最终衰竭，宇宙中将不会再有新的恒星诞生。到那时，宇宙就会进入退化时代，恒星的能量将逐渐耗尽。

 

3. 宇宙为何会演化到大冻结的状态？

太阳系中的星体都在绕着太阳旋转。而太阳本身也在运动，它和上千亿颗恒星一起，在绕着银河系中心的超大质量黑洞旋转。广义相对论告诉我们，凡是运动的物体都会发出引力波；而引力波会带走能量，使运动物体的动能减小。一般来说，太阳系中那些行星、彗星、小行星绕太阳旋转所发出的引力波都特别微弱，所以它们动能的减小速度也特别缓慢。但是日积月累，早晚有一天，它们的动能会减小到一个临界值以下，从而让它们无法再抵抗已经变成白矮星的太阳的引力，最终全都掉到太阳之上。

当宇宙中所有的恒星级天体都被超大质量黑洞吞噬的时候，宇宙就进入了黑洞时代。如果黑洞的温度低于它所处的环境，它就会向外辐射能量。随着宇宙的不断膨胀，整个宇宙的温度将越来越低，最终趋于绝对零度。所有的黑洞都会开始向外辐射能量。随着能量的流失，黑洞会越变越小，即黑洞蒸发。当所有黑洞都消失的时候，宇宙就迎来了它的最终结局，也就是大冻结。

 

4. 智慧生命是否有可能逃离大冻结的厄运？

 

加来道雄提出了一个非常科幻的解决方案，那就是逃到另一个宇宙。

这个逃离计划需要分几步进行。首先，对全天空进行扫描，找到自然出现的虫洞。虫洞又叫爱因斯坦－罗森桥，是宇宙中可能存在的一种连接两个不同时空的狭窄隧道。其次，发射探测器去穿越虫洞，把那些可以连接其他宇宙的虫洞筛选出来。接下来，制造负能量的物质，并用它来支撑住虫洞，避免虫洞的塌缩。最后，从这个被撑住的虫洞，逃往一个依然生机盎然的新宇宙。

时至今日，我们没有发现任何多元宇宙或虫洞存在的迹象。即使多元宇宙和虫洞真的存在，根据永恒暴涨理论，不同宇宙之间也会相距极其遥远，以至于靠虫洞也很难把它们连接起来。从这个意义上讲，即使真的存在平行宇宙，我们也很难逃脱最终灭亡的结局。

策划编辑 | 陈艳

音频编辑 | 陈子夫

播音 | 敖武

本期话题 

“如果和平行宇宙相遇，你认为会发生什么？”

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