多重宇宙的痕跡在哪里？

你是否曾經(jīng)想過，曾經(jīng)的某個決定如果做了另一種選擇，現(xiàn)在的生活是什么樣子？這些“假如”有沒有可能在其他地方上演？在過去的幾年中，多重宇宙的想法得到了越來越多的支持，根據(jù)這個假設(shè)，我們的宇宙只不過是無數(shù)宇宙中的一個。那么，多重宇宙是如何產(chǎn)生呢？其中的宇宙之間又有著什么樣的相似性或者差異呢？

多重宇宙會讓人構(gòu)想出許多相互平行的現(xiàn)實(shí)，其中一些和我們的只有著細(xì)微的差別。量子力學(xué)的多重世界解釋確實(shí)預(yù)言了這種類型的多重宇宙。量子力學(xué)雖然很“奇特”，但它是迄今最成功的描述微觀世界的理論。在多重世界中，每一個可能的量子態(tài)都會分叉發(fā)育成一個新的宇宙。換句話說，物理上每一個可能的動作、每一種可以采取的選擇，都可以并且會在其他地方發(fā)生。

這樣的平行宇宙也許存在，可能有一天我們真的會發(fā)現(xiàn)能佐證量子力學(xué)這一多重世界解釋的證據(jù)。然而，這些平行宇宙是永遠(yuǎn)也無法被觀測到的，它們以一種我們幾乎無法理解的方式獨(dú)立于我們的宇宙之外。宇宙學(xué)家感興趣的是更為具體的多重宇宙——雖然超出了我們所在宇宙的現(xiàn)實(shí)，但仍然是可知的。

我們的宇宙擁有一個視界，類似于地球上的地平線。如果你身處大海中的一個小島，當(dāng)你爬到它的最高點(diǎn)時，你能看到的最遠(yuǎn)距離是有限的，你無法直接看到遠(yuǎn)在地平線之外的東西。但是，你仍有可能獲得有關(guān)這些東西的信息，例如漂來的漂流瓶。你可以了解發(fā)生在地平線之外的事情，因?yàn)閬碜运母鞣N信號可以抵達(dá)你所在的小島。

在我們的宇宙中，它的“地平線”即視界，要遠(yuǎn)得多。實(shí)際上，它到我們的距離在每個方向上都達(dá)到了約465億光年。光速有限和宇宙自大爆炸創(chuàng)生以來一直在膨脹是形成這一邊界的兩大原因。根據(jù)目前最準(zhǔn)確的測量結(jié)果，宇宙大爆炸生于 138 億年前，因此我們所能看到的物體發(fā)出的光必須要在這個時間之內(nèi)抵達(dá)我們。

事實(shí)上，由于極早期宇宙的密度極高，大爆炸之后會形成的一個極其明亮但不透明的火球，經(jīng)過大約40萬年的冷卻之后它才變得透明。隨著宇宙空間的膨脹，從這個火球發(fā)出的光被拉伸成了不可見的微波輻射，目前，它是我們可以直接觀測到的最遙遠(yuǎn)的物體，被稱為宇宙微波背景輻射。它在尋找多重宇宙的證據(jù)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。據(jù)估計(jì)，微波背景輻射的確切距離為465億光年。最遙遠(yuǎn)的光已傳播了138億年。在光傳播的過程中，空間也在一直在膨脹。

我們不知道視界之外是什么，但我們可以從可見的東西進(jìn)行推測。在這些大尺度上，宇宙是非常均勻且各向同性的，意味著在我們可見的每個方向上、在我們可見的每個地方，宇宙都是完全一樣的。因此，絕對存在一個比我們所能看到的更為廣闊的宇宙，但它也許和我們的并沒有什么不同。這正是現(xiàn)代宇宙學(xué)的一個基本假設(shè)，即宇宙學(xué)原理。

這些遙遠(yuǎn)的時空究竟能延伸出去多遠(yuǎn)是一個很有意思的問題，它取決于時空本身的形狀。不同的估計(jì)認(rèn)為，宇宙的真正大小從可觀測宇宙的約250倍大（假設(shè)宇宙是閉合的）到無窮大（假設(shè)宇宙空間是平直或開放的）不等。然而，延伸出去的空間屬于一個更為廣闊的宇宙，而這個宇宙和我們的宇宙在本質(zhì)上是相似的。事實(shí)上，如果宇宙真的是無窮的，或接近無窮的，我們可以預(yù)期，在宇宙中必定存在一個極其遙遠(yuǎn)的地方，那里會和我們的可觀測宇宙一模一樣。

這些“副本”宇宙以及生活在其中你我的“副本”距離我們有多遠(yuǎn)呢？我們的可觀測宇宙有著465億光年的半徑，包含有10118個粒子。試著想象一下這些粒子在可觀測宇宙中所有可能的排列組合，粗略計(jì)算，可以得到有10的10后面加118個零次方的可能性。雖然這個數(shù)字看上去很大，但如果宇宙真是無窮大的，那么就有足夠的空間來使得其中的粒子一次又一次地重復(fù)我們宇宙的特定組成。

如果還有另一種類型的多重宇宙又會怎么樣呢？在這些多重宇宙中有一個和我們的宇宙截然不同。這正是令許多宇宙學(xué)家著迷的，在它背后有一個核心概念，被稱為“永恒暴脹”。

在日常生活中，我們熟知物質(zhì)的物態(tài)，或者稱為“相”。例如，水分子可以是液態(tài)的水、固態(tài)的冰或氣態(tài)的水蒸氣。但在基本物理學(xué)中，不單單物質(zhì)具有相，我們周圍的一切，包括時空本身，都具有相。弦理論這樣的高能物理學(xué)理論預(yù)言存在大量的相。當(dāng)然，這些相之間的差異要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過水與冰之間的差別。不同的相可以擁有不同的物理學(xué)規(guī)律。例如，在某些相中會不含有構(gòu)成我們宇宙的基本粒子，比如電子和夸克；在另一些相中，電子和夸克則可能具有不同的形式和性質(zhì)，比如電荷和質(zhì)量。這些相是目前最前衛(wèi)的宇宙學(xué)理論的共有特征。

不同相之間可以具有不同的性質(zhì)，其中之一便是“真空能”的強(qiáng)度，它彌漫于整個空間中。在過去的幾十年中，天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了強(qiáng)有力的證據(jù)，證明在我們的宇宙中存在少量的真空能，被稱為暗能量。正是它在驅(qū)動宇宙加速膨脹，否則宇宙的膨脹速率會不斷減慢。在其他的相中，真空能可以不存在，或者強(qiáng)得多，甚至具有負(fù)值。這是在多重宇宙中創(chuàng)造出新宇宙的關(guān)鍵。如果所有這些不同相都可以存在，那么它們之間就可以轉(zhuǎn)換，就像冰、水和蒸汽之間的變化。

在某個初始時刻，宇宙中每個地方都可以有一個相。具有不同相的區(qū)域就像香檳中的氣泡，或多或少是呈隨機(jī)分布的。這就像拋硬幣，對于一個給定的相，它的真空能要么為正，要么為負(fù)，但其中總有一些會是正的。如果真空能足夠大，那么這個宇宙泡就會指數(shù)式地膨脹，在幾分之一秒的時間里大小就會翻番，再翻番，并依此類推下去。因此，在這些區(qū)域中，空間會發(fā)生爆炸。如果這些相本身是不穩(wěn)定的，那么宇宙泡就會在它們之中形成。這就是宇宙學(xué)家所說的永恒暴脹。這是一個相當(dāng)令人興奮的概念。如果它是正確的，那么我們可能就位于這些宇宙泡中的一個。在這個宇宙泡之外，則有可能存在非常奇特的東西，例如極高速的暴脹、不同的物理學(xué)定律，甚至還可能有不同的維度。一旦你越過了我們所在宇宙泡的邊界，就會發(fā)現(xiàn)多重宇宙絕對不會平淡無奇。永恒暴脹可以解釋有關(guān)我們宇宙的最大謎團(tuán)之一。

我們宇宙的特性似乎是為生命而精確調(diào)校過的。例如，如果引力常數(shù)稍稍增強(qiáng)一點(diǎn)，或者電子的電荷稍稍減小一點(diǎn)，又或者把粒子束縛在一起的力稍稍減弱一點(diǎn)，那么恒星和行星就將無法形成，我們也就不會在這里了。一切都剛剛好，增之一分則太長，減之一分則太短，至今還沒有人能解釋這是為什么。但是，如果存在著無窮多個宇宙泡，它們有不同的特性，那么其中就必然會有一個宇宙——我們自己所在的宇宙，那里的各種特性都恰到好處，由此可以解釋我們?yōu)槭裁茨艽嬖凇?

當(dāng)然，最大問題的之一是，我們是否能找到支持這一理論的證據(jù)，或者否定它——這是檢驗(yàn)一個理論是否真的是科學(xué)的關(guān)鍵，在技術(shù)上被稱為“可證否性”。對于多重宇宙理論的普遍批評就在于其既不能被證實(shí)，也不能被證否。

多重宇宙其實(shí)也具有可觀測的效應(yīng)。如果其他的宇宙泡和我們的靠得足夠近，那么它就會和我們的宇宙泡發(fā)生碰撞。以現(xiàn)有的技術(shù)來看，探測這一現(xiàn)象還有很長的路要走，但并非不可能。事實(shí)上，你可以計(jì)算出這一現(xiàn)象看上去會是什么樣的，也就知道了要尋找什么。因此，多重宇宙理論具有可檢驗(yàn)的預(yù)言，而這也使得它是可證否的。它預(yù)言我們宇宙泡的空間幾何是開放的。如果對宇宙幾何形狀的測量顯示它是封閉的，就能否定這個理論。

那么，與另一個宇宙泡的碰撞會在我們的宇宙中留下什么樣的痕跡呢？如你所料，兩個宇宙間的碰撞無疑是非常劇烈的事件。

宇宙泡的外壁是非常“堅(jiān)硬”的，運(yùn)動的速度非常接近光速，因?yàn)橛凶饔昧υ隍?qū)動它們膨脹。這些宇宙泡會自然而然地膨脹，“吃掉”它周圍的真空能。這些能量會被轉(zhuǎn)換成外壁的動能，因此它們會不斷加速，運(yùn)動得越來越快，直至發(fā)生相撞。其結(jié)果是大量的能量注入我們自己的宇宙泡中，它們會傳播到我們宇宙的每一個角落，科學(xué)家將其稱為“宇宙余跡”。我們宇宙中的所有東西都會受到影響，但受影響最嚴(yán)重的是宇宙微波背景輻射。這正是科學(xué)家想要尋找的，因?yàn)樗亲罟爬锨易钸b遠(yuǎn)的輻射，所以受這一事件影響的時間也最長。

大多數(shù)計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果顯示，宇宙泡間的碰撞會在或多或少呈隨機(jī)分布的宇宙微波背景輻射中留下一個溫度稍高的環(huán)形結(jié)構(gòu)和一個偏振圖案。和在隨機(jī)平面內(nèi)振蕩的微波不同，那里的振蕩都指向特定的方向。

到目前為止，天文學(xué)家還沒有發(fā)現(xiàn)任何有關(guān)這一碰撞的有力證據(jù)，但在宇宙微波背景輻射中確實(shí)存在一些異?，F(xiàn)象，似乎和宇宙泡間的碰撞有關(guān)。當(dāng)然，很少有人會真把這些異常當(dāng)成證據(jù)。然而，想象一下，興許真的有某些東西其實(shí)就在我們可探測的邊緣。它們會在測量閾值附近產(chǎn)生一些異?，F(xiàn)象，一開始沒人會把它當(dāng)回事，但你也不能排除這種可能性。眼下，科學(xué)家正在等待由普朗克衛(wèi)星測量的全天宇宙微波背景偏振圖。它有別于宇宙微波背景輻射的溫度分布圖，特定類型的宇宙泡碰撞會在偏振圖中留下截然不同的信號。

如果我們的宇宙真的是多重宇宙中無窮多個宇宙里的一個，這對宇宙學(xué)的影響將是極其巨大的。根據(jù)這個理論，38億年前創(chuàng)生出時間和空間的那一刻僅僅是某一個特定的相出現(xiàn)并開始膨脹的時刻，那么，探究大爆炸之前是什么也變得具有了意義。但是，在這個過程中，我們將不得不面對另一個問題，多重宇宙也應(yīng)該具有一個起源——如果確實(shí)如此，它應(yīng)該位于不可知的遙遠(yuǎn)過去。

不過，對潛在的多重宇宙的研究仍然處于非常初步的階段?？茖W(xué)家現(xiàn)在專注于特定類型的宇宙泡碰撞，因?yàn)樗鼈兯坪跏强梢员惶綔y到的最佳機(jī)會，除此之外，可能還有其他一些值得探討的東西。另一種可能是，探測多重宇宙需要現(xiàn)今我們還無法企及的完全不同類型的觀測，或者我們壓根還沒想出的正確辦法。重要的是，探測多重宇宙是有可能的，一旦某件事情是可能的，我們就能找到一個聰明的辦法來做到這一點(diǎn)。對此，我們真的還處于起步階段。

延伸閱讀

不同類型的多重宇宙

從不可見的時空區(qū)域到復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，多重宇宙有4個不同的級別。

第1級：在那里存在一個完全一樣的地球

最簡單的多重宇宙是肯定存在的。宇宙起源的大爆炸模型預(yù)言，宇宙中的每一個點(diǎn)都被一個“哈勃體積”包圍。它的大小由宇宙膨脹的速率和自138億年以來光線傳播的距離決定。在實(shí)踐中，這意味著我們的哈勃體積是一個直徑930億光年的球體，但在我們可見的范圍之外還存在更為廣闊的宇宙空間。如果宇宙的幾何形狀是閉合的，由于空間會彎曲，因此，哈勃體積是一個有限的數(shù)字。如果宇宙（似乎最有可能）是開放的，則可能存在著無窮多個哈勃體積，它們每一個都包含有一個宇宙。這意味著在外面的某個地方，存在著一顆幾乎和地球完全一樣的行星。

第2級：我們不可及的膨脹宇宙

弦理論是一個旨在解釋粒子物理學(xué)基本規(guī)律的潛在的大統(tǒng)一理論。它認(rèn)為時空至少有十維，在我們的宇宙中我們只能感知到其中的四維：三維空間和一維時間。其他的維度則彼此緊緊地蜷縮在一起，使得我們無法探測到它們。但是，我們的維度結(jié)構(gòu)（或相）僅僅是許多種可能性中的一個。給予適當(dāng)?shù)臈l件，新的相就能從一個已經(jīng)存在的相中創(chuàng)生出來，然后以光速膨脹。這意味著它們是完全不可及的。根據(jù)永恒暴脹理論，形成無窮多個有著不同維度和物理學(xué)定律的宇宙泡是可能的。

第3級：那里存在你的未來

根據(jù)量子力學(xué)的多重世界解釋，即使是在最小的微觀尺度上，在可能的結(jié)果之間，每一個決策點(diǎn)也會使得宇宙分叉成兩個相互之間不可見的現(xiàn)實(shí)。這個構(gòu)建多重宇宙的驚人想法并非來自弦理論，而是建立在無限維希爾伯特空間之上。雖然你可能會想，根據(jù)多重世界理論，將形成比宇宙泡模型更多樣的多重宇宙，但現(xiàn)實(shí)的情況是，由于所有的多重宇宙都是無限的，在不同類型的多重宇宙中都會出現(xiàn)同一變體。此外，一些物理學(xué)家甚至認(rèn)為，如果量子力學(xué)能以某種方式奏效，那么多重宇宙的多重世界版本在形式上可以等同于更簡單的版本。

第4級：最奇怪的宇宙

假如多重宇宙是對我們自己所在宇宙的擴(kuò)展，包含有一系列相互關(guān)聯(lián)的宇宙泡，或者是無窮維的分支結(jié)構(gòu)，那么所有這些“低級別”的多重宇宙僅僅是更廣闊的“終極集合” 的一部分。它把所有可能的多重宇宙——無論它們叫什么——都囊括進(jìn)了一個純數(shù)學(xué)的描述中，因此包含所有低級別的多重宇宙，外加仍有待發(fā)現(xiàn)的任何其他類型。然而，這僅僅是半哲學(xué)論證的一部分，整個多重宇宙是一個數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，在其中有意識的實(shí)體可以感知物理上的“真實(shí)”世界。