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平行宇宙真的存在吗?

平行宇宙真的存在吗?
2019年04月03日 00:25 新浪网 作者 武汉夜生活的夏天
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  暴胀理论的确解决了一些标准理论产生的难题,但是,暴胀理论是否正确?宇宙早期是否真正发生过暴胀?还需要实验观测方面的证据,目前也有一定的观测数据支持它,主要是来自于微波各向异性探测器(WMAP)及普朗克卫星等测量的宇宙微波背景数据。

  测量数据显示当今宇宙高度平坦(表征平坦的指数非常接近1),这是给暴胀理论的一大支持。特别令人吃惊的是在暴涨理论刚提出的年代,测量数据并不支持它,那时测量到的指数在0.2到0.3之间,之后,随着设备精度的提高,所测指数值神奇地提高到1.0007,如果暴涨未曾发生过,很难解释这个结果:宇宙为什么会如此平坦?这也说明暴胀理论并不是为了满足观测结果而拼凑出来的,而是预言了宇宙高度平坦,之后该预言被观测证实,这也是它的迷人之处。

  平行宇宙真的存在吗?

  图片来自网络。

  暴胀理论还有另一个漂亮的结果:它在解决平坦性均匀性各向同性类似问题的同时,也预测了今天宇宙中形成的所有结构。暴胀阶段的量子涨落被放大之后,经过引力坍缩,最后形成了现在的星系等大尺度结构,如图10-2-2b所示。这种微扰称为绝热微扰,其微扰谱是一种高斯随机场,由谱振幅和谱指数两个参数来表征。如果考察经典的德西特宇宙,它的尺度是理想不变的,即谱指数为1。而考虑了量子涨落的简单暴胀理论预测,谱指数值应该在0.92和0.98之间。WMAP卫星、其他宇宙微波背景实验以及星系巡天的观测数据已经证实了这种微扰结构。这些实验证实,谱指数= 0.968 ± 0.006。这些观测数据为暴胀理论提供了重要的证据。

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  图10-2-2:(a)慢滚暴胀场(b)从暴胀到结构形成

  还有几个支持暴胀理论的证据。此外,如果原初引力波被探测到,将是对暴胀理论的最强支持,但至今还没有原初引力波存在的确实证据。因为具有如上所说的如此高的预测能力,无论暴胀背后的物理学原理是什么,它都引起了人们极大的兴趣。暴胀场到底是什么?暴胀时期事件的细节如何? 人们企图为它建造一个完善的理论模型,如今,存在多种模型来解释暴胀理论的物理机制,诸如混沌暴胀、永恒暴胀等。

  解释暴胀的物理机制模型往往导致“平行宇宙”的结论。存在多种有关平行宇宙的假说,其中最容易理解的是与暴胀关系不大,主要与宇宙“视界”有关的平行宇宙说。

  因为光速以有限速度传播,而宇宙的年龄只有137亿年,所以无论使用多么先进的仪器,我们应该都只能观察到距离我们137亿光年以内的宇宙。再考虑在这137亿年中宇宙一直都在膨胀的事实,这个距离被修正到460亿光年。

  也就是说,在真实的“大宇宙”中的任何星系,都只能看到一定距离范围以内的东西,对于视界外的宇宙,无法观测,也无法对它施加任何影响,视界外的宇宙与我们完全独立。这是被“视界”所限制了的可观测区,称之为该星系的“可观测宇宙”。显然,在“大宇宙”中存在有大量的可观测区,我们看到的宇宙不过是其中一个而已,这样的话,我们宇宙之外其它的可观测区便可被看作是“平行宇宙”。

  平行宇宙真的存在吗?

  平行宇宙。图片来自网络

  如果真实的“大宇宙”是无穷大而开放的,上面描述的那种“视界”平行宇宙便有无限多个。但是,因为每一个可观测宇宙是有限的,其中也只包含有限多个“粒子”。那么,这些数目有限的粒子进行各种排列组合的方式也是有限的。尽管这是一个非常大的数值,但却有限。用这些有限的排列方式来组成无限多个平行宇宙,将产生什么结果呢?至少能够根据抽屉原理得出一个有趣的结论:这些平行宇宙中一定会有(至少两个)排列方式一模一样的宇宙!

  如果某个宇宙与我们 “宇宙” 的排列方式一模一样的话,那就意味着其中会有一个一模一样的你!还有一个一模一样的你的朋友,朋友的朋友……。不过,那个“你”虽然和你长得一模一样,但是却不见得行为一样,你的朋友在那个平行宇宙中也可能变成那个“你”的敌人?重要的是,这一切和我们宇宙中的你没有任何关系,你也不可能见到那个“你”,所以就无需多言了。

  刚才所述可以算是经典概念下的平行宇宙,在量子物理中,原来就有一个平行宇宙的假说,称之为“多宇宙诠释”,那是与“薛定谔的猫”,量子态塌缩之类有关的概念,和宇宙学暴胀的平行宇宙是两码事。

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  图片来自网络

  不过,量子理论经常会导致一些不可思议之事。如果我们将量子波动理论应用到暴胀宇宙中,似乎也难以避免平行宇宙的结果。话说回来,暴胀还必须考虑量子效应,一来暴胀期前后的宇宙都是高热高密度状态,正是量子理论的用武之地,二是暴胀理论还得靠量子涨落之类的说法来解释暴胀机制和宇宙后来的结构形成。因此,我们将此类平行宇宙归为“暴胀平行宇宙”

  古斯当初建立“旧暴胀”理论时,碰到一个如何让暴胀“停止”的困难,林德(现任斯坦福大学教授)修正了古斯的模型,提出混沌暴胀理论。

  如前所述,我们的宇宙在暴胀期之前只是大宇宙中的一个“小点”,每个小点后来都成为一个“宇宙”。我们也知道,暴胀的动力学可以用暴胀标量场来描述,但由于量子涨落,这个标量场在每一个点的数值应该稍有不同,那么,暴胀的速度和期间都会有所不同,后来演化出来的所有“平行宇宙”也都会各不相同。

  因为是混沌暴胀,那时候的大宇宙应该是一堆大大小小的形成分形结构的“泡泡”。加上量子理论,在宇宙中还可能会不断有暴胀发生,也就是说,新泡泡不断地产生出来。如此描述的宇宙图景,不需要解决古斯的暴胀如何停止的问题,因为暴胀宇宙从来就没有停止过,暴胀实际上是无时无刻都在不断地发生和湮灭的过程。由于量子机制导致的随机性,某一个泡泡宇宙中的暴胀突然停止了,暴胀场的能量转化成了粒子的能量,又形成了各种物质、星系、生命、太阳、地球、我和你。

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  图片来自网络

  还有一种平行宇宙说是时间上无限循环的宇宙。大爆炸到大收缩再接着另一个大爆炸,一直推下去以致无穷。著名物理学家兼数学家彭罗斯(Penrose)便有一个奇特的无限循环理论。有的平行宇宙说还想象各个平行宇宙之间可以通过黑洞或虫洞互相穿来穿去,无奇不有。总之,许多假想的多宇宙模型,永远不可测量,不可证伪,已经和科幻没有区别,那么,就留待小说家们去想象驰骋吧。

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