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编辑 | 删除 源代码中涉及到的一些物理学知识

Lenny_D 发布于:

 

 

平行宇宙


或者叫多重宇宙论,指的是一种在物理学里尚未被证实的理论,根据这种理论,在我们的宇宙之外,很可能还存在着其他的宇宙,而这些宇宙是宇宙的可能状态的一种反应,这些宇宙可能其基本物理常数和我们所认知的宇宙相同,也可能不同。平行宇宙这个名词是由美国哲学家与心理学家威廉·詹姆士在1895年所发明的。

 

平行宇宙经常被用以说明:一个事件不同的过程或一个不同的决定的后续发展是存在于不同的平行宇宙中的;这个理论也常被用于解释其他的一些诡论,像关于时间旅行的一些诡论,像“一颗球落入时光隧道,回到了过去撞上了自己因而使得自己无法进入时光隧道”,解决此诡论除了假设时间旅行是不可能的以外,另外也可以以平行宇宙做解释,根据平行宇宙理论的解释:这颗球撞上自己和没有撞上自己是两个不同的平行宇宙。

 

在近代这个理论已经激起了大量科学、哲学和神学的问题,而科幻小说亦喜欢将平行宇宙的概念用于其中。


平行宇宙的分类


在2003年的《科学美国人》杂志里,有一篇由美国宇宙学家马克斯·铁马克为写的关于平行宇宙的专文,文中他将平行宇宙分成四类:

第一类:这类的宇宙和我们宇宙的物理常数相同,但是粒子的排列法不同,同时这类的宇宙也可视为存在于已知的宇宙(可观测宇宙)之外的地方;

第二类:这类的宇宙的物理定律大致和我们宇宙相同,但是基本物理常数不同;

第三类(艾弗雷特的多世界诠释):根据量子理论,一件事件发生之后可以产生不同的后果,而所有可能的后果都会形成一个宇宙,而此类宇宙可归属于第一类或第二类的平行宇宙,因为这类宇宙所遵守的基本物理定律依然和我们所认知的宇宙相同(以上“一颗球落入时光隧道,回到了过去撞上了自己因而使得自己无法进入时光隧道”诡论的平行宇宙解决办法属于此种);

第四类:这类的宇宙最基础的物理定律不同于我们宇宙,而基本上到第四类为止,就可以解释所有可能存在(也就是可想像得到的)的宇宙,一般而言这些宇宙的物理定律可以用M理论构造出来。


无穷宇宙(开放宇宙)理论


开放宇宙理论认为,我们目前所知的宇宙只是整个宇宙中可观测的一小部份,在这个部份之外,整个宇宙尚有无限大的未被观测的空间;根据相对论,光速为宇宙最快的速度,我们所看到的部份(可观测宇宙)为已经到达地球的光线,而我们所观测到的范围又被称做哈伯体积,哈伯体积直接取决于宇宙的年龄(因为若宇宙诞生于n年前,则能到达地球的光线最远只能在n光年处,再更远的光线则尚在路途上,故未能被地球上的观测者所观测),哈伯体积的膨胀是因为有越来越远处的光线到达地球。


开放宇宙理论说明了第一类平行宇宙的可能性。

 

泡沫宇宙理论


泡沫宇宙理论认为存在有无限多的开放宇宙,而这些开放宇宙本身有着不同的物理常数,这些开放宇宙的“距离”比我们的开放宇宙的“边缘”还要远,意即这些宇宙存在于无穷远的地方之外。

 

这个理论由安德烈·林德最早提议,而泡沫宇宙理论本身能和暴涨理论在相当程度上契合,而这个理论本身牵涉到了宇宙可能是由某个“亲宇宙”的量子泡沫,中所诞生的可能,而这些量子泡沫产生于能量的起伏,这些能量的起伏可能会产生微小的“泡沫”和虫洞,若这些“泡沫”本身不是非常地巨大,则它们会像膨胀的汽球一般,到了最后消失无踪,不过如果能量起伏大于某个常数,那么这个泡沫就会不断地膨胀,甚而产生一个“子宇宙”,而“子宇宙”的体积可能会大到足以让宇宙大尺度结构存在的地步。

 

大反弹理论


根据循环量子引力理论,大霹雳可能只不过是宇宙的膨胀和收缩时期组成的周期中,一个新的膨胀时期的开始而已,每个周期开始于大霹雳、结束于大挤压(Big Crunch),而这个周期的轮回是无限的,这个模型被称为是振荡宇宙,在大霹雳之后宇宙膨胀,而之后在重力的作用之下宇宙开始收缩,然后接着是大挤压,在大挤压之后的下一次大霹雳被称为大反弹,虽然这个模型曾经一度被否决,但是膜宇宙论近年来已重拾此模型(振荡宇宙模型)。

 

在每个周期中宇宙可能会有不同的宇宙常数,而因此这些不同周期时的宇宙可视为第二种平行宇宙。

 

泡沫宇宙理论和大反弹理论使得第二种平行宇宙的存在成为可能。

 

量子力学的多世界解释


量子力学的多世界解释是一种主要的量子力学解释,在由此解释方式中的众平行宇宙共有一个关于时间的变量,而这些平行宇宙彼此之间有着相同的起源,而这些宇宙彼此之间的基本物理定律相同,但物理常数可能会有所不同,而它们亦可能处于不同的状态,而且这些宇宙彼此之间没有任何的联系,因此它们彼此之间没有任何讯息互通,这些宇宙彼此之间的关系由它们之间的叠加态决定。

 

此理论为第三类平行宇宙的基础。

 

M理论


根据M理论,我们的宇宙很可能是产生于11维薄膜的碰撞与撕裂当中,基本上由此产生的宇宙可以和多世界诠释里所说的宇宙极为不同的宇宙。

 

由M理论可推出第四种平行宇宙的存在。


多世界诠释


是一种假定存在无数个平行世界,并以此来解释微观世界各种现象的量子论诠释,其优点是不必考虑波函数坍缩。


对共存状态崩溃的解释

 

当观测一个处于共存状态的量子时会引起这种状态的崩溃从而量子只具有粒子的性质,多世界诠释认为,观测时分离出无数个平行宇宙,每个宇宙都有一个确定的状态,而我们只是在其中的一个特定宇宙。

 

1957年美国普林斯顿大学休·艾弗雷特三世提出多世界理论,他假设所有孤立系统的演化都遵循薛定谔方程,波函数不会崩坍,而量子的测量却只能得到一种结果,也就是说,处于叠加态。艾弗雷特认为测量仪器与被测系统的状态之间有某种关联,称之为相对态。艾弗雷特语出惊人的表示,测量带来的不是坍缩,而是分裂的宇宙。宇宙诞生以来,已经进行过无数次这样的分裂。他说宇宙像一个阿米巴变形虫,当电子通过双缝后,这个虫子自我裂变,繁殖成为两个几乎一模一样的变形虫。唯一的不同是,一只虫子记得电子从左而过,另一只虫子记得电子从右而过。这样一来,薛定谔的猫再也不必为死活问题困扰,宇宙分裂成了两个,一个有活猫,一个有死猫。惠勒意识到“分裂”这个用词的不妥,易产生误导,他在论文的空白里写道:“分裂?最好换个词。”对此物理学界的反应是异常的冷淡,1959年艾弗雷特飞去哥本哈根见到玻尔,尼尔斯·玻尔则不作任何评论。

 

爱因斯坦曾说:“我不能相信,仅仅是因为看了它一眼,一只老鼠就使得宇宙发生剧烈的改变。”得克萨斯大学的布莱斯·德威特表示:“我仍然清晰地记得,当我第一次遇到多世界概念时所受到的震动。100个略有缺陷的自我复制,都在不停地分裂成进一步的复制,而最后面目全非。这个想法是很难符合常识的。这是一种彻头彻尾的精神分裂症……”。后来布莱斯·德威特是最积极的鼓吹者之一。

 

艾弗雷特心灰意冷,退出物理界,任职于国防部五角大厦,后来又创办Lambda公司。20世纪70年代,德威特重新提出多世界诠释,并在物理界成为热门的话题之一。

 

相关问题与批评


有些人认为平行宇宙理论缺乏对经验主义的关联性以及可测性,同时缺乏物理学上的证据和可否定性,因为这个理论以目前的科学方法无法证实或否定,而且这些理论目前而言太过形而上学且只是在数学结构上有可能而已;不过马克斯·铁马克注意到了对宇宙微波背景辐射和宇宙物质大规模分布的测量的改进可能会否定或实证其中两种的平行宇宙存在的可能性,并进而能证实或否定开放宇宙理论和混乱暴涨理论,意即平行宇宙理论最少在某种程度上是可测的。


一些人认为科学家的职责就是要在不涉及观察者的状况下对已观测的现象提出基本的解释。回归到人择原理在解释会建构出所谓的“懒惰出口”,而这些解释的种类包括了“很明显地为生命的存在微调过的宇宙参数”等等;不过李奥纳特·苏士侃宣称:某些形式的平行宇宙是无可避免的,在给出对现有宇宙状态的解释时,观测者效应是无法避免的而且得在其他的科学中获得解决。


一些人认为,平行宇宙理论会被奥卡姆剃刀给排除,因为假设一些我们无法观测且无法看见的宇宙来解决我们所看见的,就像是带着额外的行李走到尽头一般;不过对此马克斯·铁马克反驳:“这四种平行宇宙的一个共同特征就是:默认平行宇宙的存在模型是最简单且最优雅的模型。如果一个人要否决这些多重宇宙的存在,他需要在实验上地对多重宇宙论的不支持,并且要加入以下的假定:有限空间、波函数崩溃和本体上的不对称是正确的,而这些过程会复杂化整个理论。因此我们的对于谁比较不优雅且较为浪费的裁决就变成了以下两者:多重宇宙或者是大量的文辞”。

 

有时有些人认为我们的宇宙是唯一可能存在的宇宙,因此讨论这些“其他的宇宙”是很明显地无意义的。爱因斯坦在思考其他种类的宇宙存在的可能性时,就提出了这个问题,关于宇宙结构是否只有一种可能的问题的解答的希望被认为在于理论上可统一全部物理理论的万物理论当中。


对于平行宇宙的观测证据的支援被认为来自于人择原理:“我们所观测到的宇宙对生命是友善的,要不然就不会被观测到。虽然这似乎是老调重弹,但是当生物体对物理法则和宇宙状况的敏感性、被考虑时,整个宇宙就是一个明显的证据;在另一方面,许多关键的物理常数似乎不会对于生物体造成严重的不适”;其他对于微调论证的批评是:就我们所知,在我们所知的物理常数之下可能还有更多的基本物理法则,而这些法则背后可能会有更多的参数存在,因此,给出这些定律,这些已知的物理常数未必落在生命许可的生存范围之内。


多重宇宙支持者经常对于常数如何从已定义的整体中选取感到茫然。假设存在个“定律中的定律”或者基本定律描述说常数如果被从一个宇宙到下一个宇宙中指定,那么我们不过只是将宇宙学的问题给往上移了一个等级而已,因为我们必须解释这个基本定律从何而来。另外,这个基本法则是无穷大的,因此我不过是把问题从“为什么是这个宇宙”给置换成了“为什么是这个基本法则”。在援引平行宇宙论时这似乎是一个要点,尤其当假定只存在一个宇宙和一个原理会更简易时更是如此;但在马克斯·铁马克的平行宇宙理论里,这个问题是被避开的,因为在那种状况当中,所有可能的基本理论被实行的,而且被用以描述真实存在的平行宇宙。


对于虚拟宇宙和平行宇宙之间的关系依旧是个问题。多数的科学家已经准备好要接受自觉机器的可能性,而有些人工智能学者甚至于已经说我们快要能制造自觉电脑了,在距离达让自觉生物住在虚拟世界方面仅剩一步之遥。对于那些生物而言,他们的“假”宇宙和我们的真宇宙可说是无分别的。因此我们应该将这些虚拟宇宙算在平行宇宙中吗?如果不是的话将我们自身存在的宇宙和这些虚拟宇宙划上等号有意义吗?


对于现有的平行宇宙论的最后一个问题是对于宇宙的定义。对多数的平行宇宙论者而言,宇宙是由物理法则和常数,以及初始条件定义的。这项论点可能会因为它的狭隘和沙文主义的性质而招致反对;对于将人类理解之外的事物予以分类也可能会招致批评。


PS:


小说里的平行宇宙

 

一些小说,尤其是科幻小说,喜欢以平行宇宙做为故事的内容,有时有些人会以平行宇宙来探讨“若一个历史的事件的结果或过程和我们所知的不同,那么世界会变成怎样”这类的主题,并因此写出一篇故事来说明可能的发展。

 

时空逆流

 

在科幻小说中,经常有通过时空旅行来改变过去和未来的情节,时空逆流是一种祖父悖论中可能出现的情况,即你如果回到过去杀死了你的祖父,那么你就不会出生,但是你是客观存在的,那么就会出现两个平行宇宙:

 

你没有改变过去,或者你祖父没有死,一个你存在的宇宙。

你杀死了你的祖父,一个你不存在的宇宙。

时空逆流的观点认为:如果你进入了后者的宇宙中,你将会被排斥,可能被抛出你不存在的宇宙,或者因为宇宙的排斥发生各种不可意料的状况。

源代码 Source Code(2011)

8 .2 / 8 .0

源代码(2011)

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SalonLiu (武汉)

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