1954年,一位叫休·埃弗雷特三世的27岁普林斯顿大学研究生和他的朋友们一起喝雪莉酒聊天时,对物理学大发雷霆。在谈话中,埃弗雷特对如何解决量子力学中最离谱的问题有了一个疯狂的想法,这个问题着眼于如何现实量子力学如何在微观层面上发挥作用。在量子理论中,象电子这样的基本粒子不存在于单一状态,而是存在于一个叠加态中,即位置、速度和方向的多重性。但是在我们可以观察和体验的事物的宏观(肉眼可见)层面上,物体似乎一次只以一种状态存在。我们的世界是如何从所有这些可能性中产生的?
埃弗雷特,一个有创造力的思想家,他在一次头脑风暴中,得出一个既聪明又奇异想法。这里简单介绍这个奇异的想法:埃弗雷特设想的是一个多元宇宙,它充满了不同的领域,其中所有由量子力学决定的可能性都可以同时存在。
埃弗雷特的想法,成为他1957年博士论文的主题,该想法是如此的离奇,当时很多物理学家不能接受该想法,以至于他很难在科学杂志上发表这篇文章。这一经历令他非常失望,他最终无可奈何地放弃了理论物理学,后来在五角大楼找到了一份工作。
但在随后的几十年里,埃弗雷特关于多元宇宙的概念逐渐被物理学家们认可。此外,它还作为科幻小说中的一个经常出现的主题,潜入了大众文化之中,成为对量子理论的细微差别和悖论一无所知或不关心普通人的一个着迷的主题。毕竟,想象我们在生活中所做的每一个选择——从我们结婚的伴侣,我们生活的地方,我们染发的颜色,我们午餐吃的东西——都会产生一个独立的宇宙,在这个宇宙中,我们的另一个版本做了一些不同的事。
那么我们生活在多元宇宙中吗?我们不能肯定,但这里有10个理由说明我们应该认真对待这种可能性。
不用担心薛定谔之猫在多元宇宙中,你不必担心你会好奇地*死一只隐喻性的猫
在埃弗雷特和他的多元宇宙概念出现之前,物理学家们陷入了一个令人困扰的困境。他们必须为量子力学所关注的亚原子世界使用一套规则,为我们能看到和体验的大规模的日常世界使用另一套规则。这种规模变化的复杂性迫使他们将大脑扭曲成一些奇怪的形状。
例如,在量子力学中,当没有人观察粒子时,它们就没有设定的性质。相反,它们的性质是由一个叫做波函数的东西来描述的,它包含了粒子可能具有的所有不同的可能属性。但在一个单一的宇宙中,所有这些可能性不可能同时存在,所以当你观察一个粒子时,它就停留在一个单一的状态上。这个想法通过著名的薛定谔之猫悖论(schr_dinger's cat paradox)进行了隐喻性的阐释——也就是说,如果盒子里有一只猫,它就同时活着和死去,直到你打开盒子进行检查。你的动作迫使猫变成一只温暖的、有呼吸的小猫或尸体。
但在多元宇宙中,你不必担心你会好奇地*死这只猫。相反,只要你打开盒子,现实就会分成两个版本。当然,有一个宇宙世界你会想,“哇!这只可爱的猫死了。”但是还有另一个宇宙发生的事件,在这个事件中,你可能会看到它正欢快地抓挠它的耳朵。
这是让现实无限的一种方式就像把一包牌拖得足够久最终会导致一个重复的顺序一样,一个无限的宇宙最终必须重复它自己。多元宇宙就是一
在2011年的一次采访中,哥伦比亚大学的物理学家布莱恩·格林(Brian Greene)解释说,我们并不确定宇宙有多大。宇宙可以是大得令人难以想象,但却有限。或者,当你向任何方向离开地球时,空间可能永远延伸下去,这可能是我们大多数人想象的方式。
但是,格林认为,如果空间是无限的,那就意味着它必须是一个具有无限平行现实的多元宇宙。这就是理由:把宇宙和宇宙中的所有物质想象成一副牌。正如一副牌里只有52张牌一样,物质也只有这么多不同的形式。如果你洗牌的次数足够多,最后,牌的顺序必须重复。同样,在一个无限的宇宙中,物质最终将不得不重复自身,并以类似的模式排列自己。一个多元宇宙,拥有无数个包含相似但略有不同版本的平行领域,提供了一种简洁、简单的方法来满足重复的需要。
它解释了宇宙是如何开始和结束的。艺术家对大爆炸的构想
人类的某些特质——也许是我们大脑形成模式的倾向——让我们想知道每一个故事的开始和结束,包括宇宙本身的故事。但是,如果大爆炸是宇宙的开始,它是如何被触发的,以及在它之前存在着什么?宇宙终有一天会结束吗?之后会发生什么?好奇的人想知道。
多元宇宙可以解释所有这些事情。一些物理学家假设,多元宇宙的无限区域是一个叫做“膜世界”的东西。这些“膜世界”存在于许多不同的维度中,在我们自己的“膜世界”中,但我们无法发现它们,因为我们只能感知空间的三维,加上时间的第四维度。
一些物理学家认为,这些“膜世界”是一块块板,像面包片一样捆在一个塑料袋里。大多数情况下,它们是分开的,而且不易接近。但是偶尔,“膜世界”会互相碰撞。假设,这些碰撞是灾难性的,足以引起重复的大爆炸,使平行宇宙能够一遍又一遍重新启动自己。
观察证据表明可能存在多元宇宙。这幅图显示了普朗克轨道天文台收集到的宇宙微波背景辐射——大爆炸遗留下来的辐射
欧洲航天局的普朗克轨道天文台正在收集有关宇宙微波背景辐射的数据,这种背景辐射仍然在宇宙的早期、高温阶段存在。
但这项研究也产生了可能是多元宇宙的证据。2010年,来自英国、加拿大和美国的一队科学家在宇宙微波背景下发现了四种奇怪的、看似不太可能的圆形图案。他们假设这些标记本质上是我们的宇宙从碰撞到其他宇宙而得到的损伤。
2015年,欧空局的研究员朗·拉姆·查里(Rang Ram Chary)也做出了类似的发现。查里从天文台的天空照片中拿出了一个宇宙微波背景辐射模型,然后把我们所知道的一切删除——恒星、气体、星际尘埃。到那时,除了一些背景噪音外,天空应该已经很空了。
但事实并非如此,相反,在特定的频率范围内,查里可以探测到宇宙地图上分散的光斑,这些光斑的亮度是原本应该的4500倍。研究人员提出了另一种可能的解释:这些斑块是我们的宇宙与平行宇宙碰撞后留下的印记。
正如查里在EarthSky.org上所说,除非有人想出另一种解释这些补丁的方法,“我们一定会得出这样的结论:毕竟大自然可能在玩儿骰子,而我们只是众多宇宙中的一个随机宇宙”。
宇宙太大,无法排除平行的现实不存在美国宇航局/欧空局哈勃太空望远镜的平行场观测揭示了数千个彩色星系在漆黑的太空中游动
有一种可能性是多元宇宙存在的,即使我们没有看到任何类似的现实,因为我们不能证明它不存在。
我们知道这听起来是一个很方便的修辞技巧,但请这样想:即使在我们的世界里,我们也发现了许多我们以前不知道存在的东西,而且我们已经发生了一些事件——2008年全球金融崩溃是一个很好的例子——没有人认为可能发生。后者甚至还有一个名字:黑天鹅事件,根据哲学家大卫休谟的观察,人们会假设所有的天鹅都是白色的,直到他们看到一只黑色的天鹅。
宇宙的尺度是使多元宇宙的可能性更加可信的因素。我们知道宇宙真的,真的很大,甚至可能是无限大的。这意味着我们可能无法探测到宇宙中存在的一切。因为科学家们已经确定宇宙大约有138亿年的历史,这意味着我们只能探测到在那个时候能够到达我们的光。如果一个平行的现实仅仅是在138亿光年之外,我们就没有办法知道它在那里,即使它存在于我们能够感知的维度中。
如果你是一个无神论者,多元宇宙更有意义。这张美丽的银河磁场图像是根据对银河系星际尘埃发出的偏振光的首次全天空观测而成的。这是普朗克太空望远镜
正如斯坦福大学物理学家安德烈·林德在2008年的一次采访中解释的那样,如果物理世界的运行规则稍有不同,生命就不可能存在。举例来说,如果质子的质量只比实际质量大0.2%,那么它们就非常不稳定,以至于它们会分裂成更简单的粒子,而原子就不可能存在。如果重力更强大一点,结果将是可悲的。像我们的太阳这样的恒星将被压缩得足够致密,在地球这样的星球上的生命有机会进化之前,太阳早已在几百万年前就燃烧殆尽了,这就是所谓的“微调问题”。
有些人认为,条件的精确平衡是一个创造一切的至高无上者故意动手的证据,这将使无神论者陷入严重的困境。但是多元宇宙的可能性,在这个可能仅仅是所有这些生命要素都存在的特定领域,给了他们一个答案。
正如林德在接受《发现》杂志采访时所说:“对我来说,许多宇宙的现实是一种合乎逻辑的可能性。你可能会说,‘也许这是某种神秘的巧合。也许上帝创造宇宙是为了我们的利益。““好吧,我不了解上帝,但是宇宙本身可能会以其所有可能的表现形式永远地自我复制。”
时间旅行者无法扰乱历史马蒂·麦克弗利(由迈克尔·J·福克斯饰演)不得不担心“回到未来”会把历史搞得一团糟,但多元宇宙可以避
《回到未来》电影三部曲让人百看不厌,多年来一直受人们喜欢,电影的影响使我们很多人对时间旅行的概念着迷。唉,自从电影问世以来,没有人真正研制出一种能在几十年或几个世纪之间来回缩放的垃圾驱动的德洛伦(DeLorean)。尽管如此,一些科学家认为时间旅行至少在理论上是可能的。
假设这种情况可能发生,我们可能会遇到与《回到未来》的主角马蒂·麦克弗利同样的危险——无意中做了一些事情来改变过去的事件,从而引发一系列事件来改变历史进程。在最初的《回到未来》中,正如你可能记得的那样,麦克弗利(McFly)意外地阻止了一件导致他父母约会和坠入爱河的事件,这件事威胁着未来会把他从家庭快照中抹去。为了未来不被从家庭照抹去自己,这就需要麦克弗利使出各种阴谋,以确保他的父母真的在一起并生育,这样才会有未来的他。
但是正如Gizmodo的作家George Dvorsky在2015年的一篇文章中指出的那样,多元宇宙的存在将使所有这些滑稽动作变得不必要。”他写道:“替代世界的存在意味着没有一个单一的时间线可以搞砸。”相反,如果一个人回到过去改变了事情,他只会产生一套全新的平行宇宙。
我们可能是一个先进文明的模拟一个真正先进的文明——让我们现在看起来像旧石器时代的人
到目前为止,我们讨论过的关于平行宇宙的所有这些东西都让人相当兴奋,但这里有一个更为奇怪的想法。
2003年,牛津大学人类未来研究所所长、哲学家尼克·博斯特罗姆提出了这样一个问题:我们所认为的现实——即我们特定的平行宇宙——是否仅仅是对另一个宇宙的数字模拟。在博斯特罗姆的构想中,需要10到36次幂计算才能创造出一个逼真、详细的人类历史的复制品。
一个真正先进的外星文明——我们所说的是那些技术成熟的人,他们会让我们看起来像旧石器时代的燧石雕刻者——可以想象,他们可能有足够的计算能力来完成这项任务。事实上,模拟每一个曾经生活过的人,甚至可能不会吞噬掉他们的大部分电子资源,因此可能存在更多的计算机生成的人,而不是真正的人。
这可能意味着我们生活在《矩阵》电影中数字世界的真实版本中。
但是,等等,这变得更奇怪了。如果正在模拟我们的文明本身就是一个模拟呢?
人们从早期就开始想象多元宇宙。希帕库是公元前2世纪的希腊天文学家,他编纂了第一本已知的恒星目录
当然,这不是确凿的证据。但要记住这句老话是很有意思的,它被各种各样地归因于毕加索或者作家苏珊·桑塔格,如果你能想象出什么,它一定存在。
可能会有一些原因。毕竟,在休·埃弗雷特啜饮雪莉酒很久以前,许多历史上的人就想象出多元宇宙的不同版本。
例如,古印度宗教文献中充满了对多个平行宇宙的描述。卫斯理大学宗教教授玛丽·简·鲁宾斯坦在她的书《Worlds Without End: The Many Lives of the Universe》中指出,古希腊人有原子论哲学流派,认为有无限多的世界散布在同样无限的虚空中。
在中世纪,多重宇宙的观念也产生了共鸣。例如,在1277年,巴黎主教甚至认为希腊哲学家亚里士多德错误地认为只有一个可能的世界,因为这质疑万能的上帝创造平行世界的能力。这个想法在16世纪再次被科学革命的领导者之一Gottfried Wilhelm Leibniz重新提出,他认为有许多可能的世界存在,每一个都有不同的物理形态。
它符合我们对宇宙的认识模式1568年,葡萄牙的宇宙学家和制图家巴托洛缪·维略创造了这个以地球为中心的宇宙观。现在我们知道我们的
虽然多元宇宙的概念看起来很奇怪,但在某种程度上,它实际上符合人类如何看待自己和宇宙的现代历史进程。
正如物理学家Alexander Vilenkin和Max Tegmark在2011年发表的一篇美国科学论文中指出的那样,西方文明的人们在发现了现实的本质之后,也越来越不谦逊。他们开始认为地球是一切的中心。我们认识到这不是真的,甚至我们的太阳系也只是银河系中不太重要的一部分。
多元宇宙会把这种模式带到逻辑的极端。如果多元宇宙存在,那意味着我们一点也不特别,因为我们每个人都有无限的版本。
但有些人认为我们刚刚开始了一次拓展思维的旅行。正如斯坦福大学理论物理学家伦纳德·苏斯金德(Leonard Susskind)所写,也许几个世纪后,哲学家和科学家们会将我们的时代回顾为“一个黄金时代,在这个黄金时代里,狭隘的、地区级的21世纪宇宙观让位给了一个更好的宇宙观(mult)“。
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