介紹
平行宇宙或多重宇宙-內部結構模型圖
平行宇宙說(multiverse、Parallel universes),或者叫多重宇宙論,指的是一種在物理學裡尚未被證實的理論,根據這種理論,在我們的宇宙之外,很可能還存在著其他的宇宙,而這些宇宙是宇宙的可能狀態的一種反應,這些宇宙可能其基本物理常數和我們所認知的宇宙相同,也可能不同。
分類
在2003年的科學人雜誌里,有一篇由美國宇宙學家Max Tegmark寫的關於平行宇宙的專文,在文中他將平行宇宙分成四類:
第一類:這類的宇宙和我們宇宙的物理常數相同,但是粒子的排列法不同,同時這類的宇宙也可視為存在於已知的宇宙(可觀測宇宙)之外的地方。
第二類:這類的宇宙的物理定律大致和我們宇宙相同,但是基本物理常數不同。
第三類:根據量子理論,一件事件發生之後可以產生不同的後果,而所有可能的後果都會形成一個宇宙,而此類宇宙可歸屬於第一類或第二類的平行宇宙,因為這類宇宙所遵守的基本物理定律依然和我們所認知的宇宙相同(以上「一顆球落入時光隧道,回到了過去撞上了自己因而使得自己無法進入時光隧道」詭論的平行宇宙解決辦法屬於此種)。
第四類:這類的宇宙最基礎的物理定律不同於我們宇宙,而基本上到第四類為止,就可以解釋所有可能存在(也就是可想像得到的)的宇宙,一般而言這些宇宙的物理定律可以用M理論構造出來。
想像分析
是否有另一個你正在閱讀和本文完全一樣的一篇文章?那個傢伙並非你自己,卻生活在一個有著雲霧繚繞的高山、一望無際的原野、喧囂嘈雜的城市,和其它7顆行星一同圍繞一顆恆星旋轉,並且也叫做“地球”的行星上?他(她)一生的經歷和你每秒鐘都相同。然而也許她此刻正準備放下這篇文章而你卻打算看下去。
這種“分身”的想法聽起來奇怪而又難以置信,但似乎我們不得不接受它,因為它已為各種天文觀測的結果所支持。如今最流行同時也最簡單的宇宙模型指出,離我們大約10^(10^28)米外之處存在一個和我們的銀河一模一樣的星系,而那其中正有個一模一樣的你。雖然這距離大得超乎人們的想像,卻毫不影響你的“分身”存在的真實性。該想法最初起源於很簡單的“自然可能性”而非現代物理所假設:宇宙在尺寸上無限大(或者至少足夠大),並且象天文觀測指出的那樣--均勻的分布著物質。既然如此,按照統計學規律便可以斷定,所有的事件(無論多么相似或者相同)都會發生無數次:會有無數個孕育人類的星球,它們之中會有和你一模一樣的人--一模一樣的長相、名字、記憶甚至和你一模一樣的動作、選擇--這樣的人還不止一個,確切的說,是無窮多個。
最新的宇宙學觀測表明,平行宇宙的概念並非一種比喻。空間似乎是無限的。如果真是這樣,一切可能會發生的事情必然會發生,不管這些事有多荒唐。在比我們天文觀測能企及範圍遠得多的地方,有和我們一模一樣的宇宙。天文學家甚至計算出它們距地球的平均距離。
你很可能永遠見不到你的“影子”們。你能觀測到的最遠距離也就是自大爆炸以來光所行進的最遠距離:大約140億光年,即4X10^26米--定義了我們可觀測視界的大小,或者簡單地說,宇宙的大小,又叫做哈勃體積。同樣的,另一個你所在的宇宙也是個同樣大小的球體。以上便是對“平行宇宙”最直觀的解釋。每個宇宙都是更大的“多重宇宙”的一小部分。
是否存在
周末你丟了鑰匙的時候。你想過沒有:你的鑰匙可能是溜到了一個平行世界中,躲在那裡和你藏貓貓?再舉一個例子。有人邀請你去參加派對,可是當時你已經又累又困,只想回家放鬆一下好好睡一覺。結果,第二天,你得知自己心儀已久卻從不敢向她表白的女孩去參加了這個派對,這令你懊喪不已,不禁想,要當時去了的話,人生也許就會大不同,也許有機會和那心上人兒說說話,也許……而這另外一種可能性,也就是一個平行宇宙。現在,你明白這是怎么回事了嗎?其實你早就對我們的主題有所了解了,對不對?什麼?你覺得這只不過是個文字遊戲,是個玩笑?你錯了!許多大物理學家都對這些平行宇宙興趣盎然。他們的目的當然不是要去那裡尋找丟失的鑰匙,而是希望能夠找到一條道路,帶領物理學走出幾十年來面臨的死胡同。那么,我們出發吧,去物理學家們所想像的那些奇異的宇宙看看。別擔心:我們一定會把你平平安安地帶回來。我們保證!量子的宇宙。
說起平行世界,科幻連續劇《旅行者》(Sliders)的愛好者們肯定興奮不已!這部連續劇的大致內容是:物理系大學生昆·邁洛里(Quinn Malory)製造了一台可以穿梭往返於不同的平行世界之間的機器;在每一個平行世界中,歷史的發展都與我們所知的不同:恐龍仍然生活在世界上,30歲以上的人才享有政治權利……當然,這純粹是一個科幻故事,不過,理論物理學家們並不排除這種世界存在的可能性。
這門物理學描繪的是無窮小的世界:原子和構成原子的基本粒子。在這么小的級別上,是無法對事物及其位置加以準確描繪的。它們都處在不同狀態的疊加之中,而每種狀態都具有不同的存在可能性。為理解這一點,我們舉一個現實世界的例子。你有5個藍色珠子和5個紅色珠子。你把它們都放到一個紙盒子裡,封好盒子。這時你可以說:“我的盒子裡有一些藍色或紅色的珠子。”好了。現在,我們來看看量子的世界。你要做好思想準備了!因為,在這裡,每一個珠子都既是紅色的又是藍色的。它同時擁有兩種顏色(這便是我們所說的疊加狀態)。只有當你把一個珠子抓在手裡查看時,它的顏色才“確定”下來:要么是紅色的,要么是藍色的,兩種可能性是均等的。是的,別緊張,大家都和你一樣,覺得這種現象很奇怪。不僅如此,接下來的小實驗將向你展示這種狀態疊加的一個具體結果。
從盒子裡隨機取出4個珠子。比如你取出了3個紅色珠子和1個藍色珠子。這個結果,不管是從傳統物理學還是從量子物理學的角度來看,都是有價值的。但如果你用你得到的這4個珠子再來做一次抽籤的話,其結果便會令人困惑。把它們放到另一個盒子裡,再一個一個地把它們取出來。從傳統物理學角度來看,你取出來的一定會是3個紅色珠子和1個藍色珠子。而在量子物理學的世界中,你取出來的,可能是4個紅色珠子,也可能是4個藍色珠子,甚至可能是2個紅色珠子和2個藍色珠子,等等。是的,你的理解是正確的:有些珠子改變了顏色!這是可能的,因為量子的珠子同時具有兩種色調。在每一次抽籤時,它們都有可能改變顏色。這聽上去令人瘋狂,但通過一些非常嚴肅的實驗,人們確實觀察到了類似的結果:區別不同電子的某些屬性(不包括顏色,因為電子沒有顏色)會發生這樣的改變。世界無限的可能性 別緊張,一個粒子可以同時存在於兩個不同狀態之中,這不僅令你困惑,也令許多物理學家不解。他們尤其無法解釋的是,為什麼珠子的顏色必須要被看到(在物理學上,這意味著對珠子的狀態進行測定)後才能確定下來。正是為了破解這個奧妙,物理學家們構想了量子平行世界的存在。再以珠子為例。在將它抽取出來之前,它既是紅色的也是藍色的。當你將它從盒子裡拿出來看到它時,這個宇宙就一分為二了:在一個宇宙中,珠子是紅色的,而在另一個中,它是藍色的。這樣,確定顏色的問題就解決了。
將這個構想推廣到我們的日常生活中,結果就是:存在著大量不斷分化著的平行宇宙。你猶豫著是該進A門還是B門?在一個宇宙中,你會走進A門,而在另一個宇宙中你會走進B門……因此,在我們身邊,存在著無窮多的我們看不到的平行世界。而我們所生活的世界正如被設定在一個頻率上的收音機。假如我們能找到改變頻率的按鈕,我們就能像《旅行者》中所描繪的那樣,從一個宇宙穿行到另一個宇宙……泡泡狀的宇宙 為什麼有的東西會轉瞬即逝?這是物理學家們正在努力探索的一個真真切切的問題。他們越是仔細分析物理學的定律,就越覺得我們的存在真是幸運。不僅是我們人類,連所有的恆星、星系的存在,都是物理學常量所造就的奇蹟。多虧了它們,物理學家們才能解釋原子的穩定性、解釋月亮繞著地球轉、解釋太陽為什麼會發光……一旦某一個常量發生絲毫的改變:整座物理學大廈就會崩塌。這樣看來,自從宇宙誕生之初就一直主宰著它的所有這些常量似乎是被精心設計好的!這種想法的確讓人覺得溫暖……但也有些荒唐。因為,沒有什麼理由使得這些巧合非得出現。到底是什麼讓這些常量取了這些值而不是其他的值呢?面對這個問題,不妨向平行宇宙尋求答案……
其實,你可以想像一下,存在著的由自己溫馨的常量主宰著的宇宙並不是只有一個,而是有著成千上萬個,每一個宇宙都有著自己不同的常量。這就像是抽獎一樣,我們的宇宙投中了正確的數字組合,這便使得原子、分子乃至生命得以出現。這真是一個特大的獎勵!於是,我們才能在這裡感慨我們的幸運。而其他的宇宙抽到的是錯誤的號碼,因此它們沒有產生生命的希望。當然,既然它們永遠不會出現生命,也就沒有人會為此哀嘆。
平行世界理論
多世界詮釋(many-worlds interpretation 或簡稱 MWi)是一種假定存在無數個平行世界,並以此來解釋微觀世界各種奇特現象的量子論詮釋,其優點是不必考慮波函式的坍縮。
1957年由休·艾弗雷特三世(Hugh Everett III)提出。
他假設所有孤立系統的演化都遵循薛丁格方程,波函式不會崩坍,而量子的測量卻只能得到一種結果,也就是說,處於疊加態。艾弗雷特認為測量儀器與被測系統的狀態之間有某種關聯,稱之為相對態(relative state)。艾弗雷特語出驚人的表示,測量帶來的不是坍縮,而是分裂(Splitting)的宇宙。宇宙誕生以來,已經進行過無數次這樣的分裂。他說宇宙像一個阿米巴變形蟲,當電子通過雙縫後,這個蟲子自我裂變,繁殖成為兩個幾乎一模一樣的變形蟲。唯一的不同是,一隻蟲子記得電子從左而過,另一隻蟲子記得電子從右而過。這樣一來,薛丁格的貓再也不必為死活問題困擾,宇宙分裂成了兩個,一個有活貓,一個有死貓。惠勒意識到“分裂”這個用詞的不妥,易產生誤導,他在論文的空白里寫道:“分裂?最好換個詞。”對此物理學界的反應是異常的冷淡,1959年艾弗雷特飛去哥本哈根見到玻爾,尼爾斯·玻爾則不作任何評論。
目錄
總述平行宇宙
物理學裡的平行宇宙
平行宇宙簡介
平行宇宙層次第一層次:視界之外
第二層次:膨脹後留下的氣泡
第三層次:量子平行世界
第四層次:其他數學界構
奧卡姆如是說
四層多重宇宙的關係
實例解說——時間機器與平行世界
相關理論無窮宇宙(開放宇宙)理論
泡沫宇宙理論
大反彈理論
問題與批評 總述 平行宇宙
物理學裡的平行宇宙
平行宇宙簡介
平行宇宙層次 第一層次:視界之外
第二層次:膨脹後留下的氣泡
第三層次:量子平行世界
第四層次:其他數學界構
奧卡姆如是說
四層多重宇宙的關係
實例解說——時間機器與平行世界
相關理論 無窮宇宙(開放宇宙)理論
泡沫宇宙理論
大反彈理論
問題與批評