很多網(wǎng)友估計(jì)都在網(wǎng)上看到過類似這樣的略帶調(diào)侃的話，也許大家都以為平行宇宙都是科幻作家虛構(gòu)出來的一種玩意，事實(shí)上我最早看到的平行宇宙就是在李連杰主演的好萊塢科幻片《宇宙追緝令》里的。在故事中平行宇宙的李連杰殺死了其它所有平行宇宙的自己，以此獲取被殺者的能量來提升自己的實(shí)力，最后來的主角的世界來要?dú)⑺浪?，腦洞是挺大的……  但其實(shí)跟很多科幻作品里的科幻元素一樣，平行宇宙最早也是作為科學(xué)假說被提出來的。而到了現(xiàn)在，科學(xué)家所提出的平行宇宙遠(yuǎn)不止一種，而是有好多種……那么是不是每一種平行宇宙理論下都有平行宇宙里的另一個(gè)你呢？下面我們來簡(jiǎn)單了解一些常見的平行宇宙和它們提出的背景。 科學(xué)里的非科學(xué)——多世界詮釋里的平行宇宙我首次在正經(jīng)的科普作品里看到關(guān)于平行宇宙的描述是在曹天元的科普書《上帝擲骰子嗎？——量子物理史話》里。這也許也是平行宇宙在科學(xué)上首次出現(xiàn)的地方吧。 故事要從一百年前的一個(gè)實(shí)驗(yàn)開始說起，當(dāng)時(shí)科學(xué)家在研究一個(gè)著名光學(xué)實(shí)驗(yàn)——楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光經(jīng)過兩道狹縫以后，會(huì)在縫后的屏幕上投出明暗相間的條紋，這個(gè)實(shí)驗(yàn)人們已經(jīng)進(jìn)行了上百年了，按道理這沒什么奇怪的，這是波的特性，麥克斯韋已經(jīng)證明光是一種電磁波，因此它會(huì)產(chǎn)生干涉就不足為奇。  （下面這段背景知識(shí)如果覺得乏味可以直接跳過，從下一段黑體字開始繼續(xù)往下看） 然而問題在于愛因斯坦在1905年的一篇諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?wù)撐睦锾岢隽斯饬孔蛹僬f，把光作為一種粒子用以解釋此前物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)的光電效應(yīng)現(xiàn)象。于是奇怪的事情發(fā)生了——光既是波又是粒子？由于兩種特性都有明確的實(shí)驗(yàn)證明，光既是波又是粒子似乎是無可辯駁的：楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)證明光是波，不同頻率光產(chǎn)生的光電效應(yīng)和康普頓散射實(shí)驗(yàn)證明光是粒子。后來埃爾溫·薛定諤和沃納·卡爾·海森堡分別通過波動(dòng)力學(xué)和矩陣力學(xué)描述了波和粒子的行為。再后來，路易·維克多·德布羅意提出了物質(zhì)波的假說，認(rèn)為所有的物質(zhì)粒子都具有波的特性，并最終在克林頓·戴維森和雷斯特·革末在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)電子產(chǎn)生的衍射，并且衍射規(guī)律與X射線一致。至此物質(zhì)粒子的波粒二象性被確立。而根據(jù)新生的量子力學(xué)解釋，光的“波”是一種概率幅，用人話說就是各種可能的組合。  實(shí)驗(yàn)背景交代完，下面我們繼續(xù)說前面的雙縫實(shí)驗(yàn)：人們?cè)陔p縫實(shí)驗(yàn)中使用一種特殊的方法企圖讓光子一個(gè)個(gè)通過雙縫，以此觀察屏幕上出現(xiàn)的圖案，方法是把光源弱化到每一刻只有一個(gè)光子通過縫，縫后面用感光膠片成像。當(dāng)曝光時(shí)間比較短的時(shí)候，人們?cè)谡掌峡吹降氖且恍┝阈堑墓恻c(diǎn)，這表明光子確實(shí)是一個(gè)個(gè)打在膠片上的。但當(dāng)把膠片的曝光時(shí)間延遲到足夠長(zhǎng)以后，神奇是事情出現(xiàn)了：膠片上再次出現(xiàn)了光束雙縫干涉一樣的干涉圖案！這意味著一個(gè)光子也能產(chǎn)生干涉？因?yàn)楦缮鎴D案表明，一個(gè)光子是同時(shí)經(jīng)過兩道縫的，因?yàn)橹挥羞@樣才能產(chǎn)生干涉并形成干涉圖案……  于是問題來了：一個(gè)光子是如何同時(shí)經(jīng)過兩個(gè)狹縫的？一堆量子力學(xué)奠基人（玻爾、玻恩、海森堡、狄拉克、泡利等人）組成的哥本哈根學(xué)派提出了一種當(dāng)時(shí)“最合理”的解釋——哥本哈根詮釋。他們認(rèn)為當(dāng)光沒有到達(dá)屏幕被測(cè)量到之前，并不是一個(gè)實(shí)體的粒子，而是一團(tuán)概率云，它存在于所有可能的地方，包括那兩道狹縫，也就是說，它處在所有可能的疊加狀態(tài)！因此，它確實(shí)是同時(shí)經(jīng)過了兩道狹縫并與自身干涉并最終以一個(gè)實(shí)體粒子打在感光膠片上從而被測(cè)量到。  這樣的解釋顯然是難以讓人接受的，因?yàn)檫@意味著物質(zhì)粒子在被測(cè)量到之前并不具有實(shí)在性，因此它受到以愛因斯坦為代表的物理學(xué)家所抨擊，但他們又沒能給出更好的解釋…… 直到1957年，美國普林斯頓大學(xué)的休·艾弗雷特三世在其博士論文中提出一種假說：多世界假說。在這個(gè)瘋狂的假說中他指出，處在疊加態(tài)的可能并不是光子，而是宇宙！  在他的解釋中，宇宙處在所有可能的疊加態(tài)，在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中當(dāng)光子經(jīng)過雙縫時(shí)，疊加的宇宙就產(chǎn)生了分裂，產(chǎn)生了兩個(gè)平行的宇宙，在其中一個(gè)平行宇宙，光子經(jīng)過了左邊的狹縫，而在另一個(gè)平行宇宙，光子則經(jīng)過了右邊的狹縫，疊加態(tài)的宇宙是真實(shí)的，而每一個(gè)分裂的平行宇宙也是真實(shí)的，光子始終是一個(gè)個(gè)地經(jīng)過其中一道狹縫。這樣物理世界的實(shí)在性被保留了。  然而對(duì)于大多數(shù)物理學(xué)家和普通人們來說，這個(gè)假說比哥本哈根詮釋更加瘋狂！“我不相信我瞟一眼就使宇宙產(chǎn)生分裂……”所以在很長(zhǎng)時(shí)間里，這一假說并沒有被廣泛接受。那么作為一個(gè)物理理論的詮釋，這個(gè)假說可以被實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證嗎？很遺憾：不可以。因?yàn)檫@個(gè)理論指出，當(dāng)兩個(gè)平行宇宙分裂開以后彼此就沒有任何關(guān)聯(lián)了，它們就像兩根平行線，不再產(chǎn)生任何交集。  也就是說，它是一個(gè)無法驗(yàn)證的假說……雖然它是一位物理學(xué)博士提出的，但它其實(shí)不符合科學(xué)理論的標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樗痪邆淇勺C偽性。 一不小心就寫得太長(zhǎng)了……但我覺得這是最重要的平行宇宙假說，所以下面的我就盡量從簡(jiǎn)了。 不可觀測(cè)宇宙的平行世界這是基于兩個(gè)事實(shí)提出來的：1、宇宙正在膨脹，2、光速是個(gè)有限的值。因此，就在我們所處的宇宙中就存在了一個(gè)可觀測(cè)宇宙和一個(gè)不可觀測(cè)的宇宙，但它們共同構(gòu)成了我們所處的宇宙。我們的可觀測(cè)宇宙是指我們所能看到的最遠(yuǎn)的距離構(gòu)成的一個(gè)以我們?yōu)橹行牡那蝮w，它的半徑大約是光行距離138億光年，而由于宇宙的膨脹，它現(xiàn)在的實(shí)際半徑已經(jīng)膨脹到了大約465億光年。對(duì)于465億光年外的宇宙，目前是不可觀測(cè)的，它跟我們沒有任何交集。而根據(jù)我們的可觀測(cè)宇宙半徑，我們還可以把我們的宇宙劃分成n個(gè)互相沒有交集的小宇宙。  由于是同一個(gè)宇宙，因此我們擁有一樣的物理規(guī)律，而又由于宇宙各向同性，因此當(dāng)宇宙足夠大，能劃分出足夠多的小宇宙后，就存在一種可能，在某一個(gè)小宇宙里的粒子排列剛好與我們的可觀測(cè)宇宙一樣，這樣，兩個(gè)一模一樣的小宇宙就產(chǎn)生了。在那個(gè)小宇宙里，很可能進(jìn)化出一個(gè)一模一樣的你……但是他跟你卻沒有任何關(guān)系…… 不過由于我們的宇宙的大小是有限的，它不可能擁有無限多的小宇宙，所以在如此宏觀的尺度下?lián)碛型耆粯拥牧Ｗ优帕械目赡苄曰緸?。 另外，由于光速的限制，這樣的小宇宙也是不可觀測(cè)的，也就是不可證實(shí)的…… 能量守恒下的負(fù)能量宇宙能量守恒是一條亙古不變的物理定律，但它帶來了一個(gè)終極問題：我們的宇宙是怎么來的？我們的宇宙充滿了能量，而它又是在有限的時(shí)間內(nèi)誕生的，那么它的能量是怎么產(chǎn)生的？ 根據(jù)量子力學(xué)，真空中可以隨機(jī)產(chǎn)生虛粒子對(duì)，它們一般是產(chǎn)生后就隨即湮滅了。但存在一種可能，兩個(gè)虛粒子被分開到足夠大的距離，理論上當(dāng)虛粒子對(duì)被分開到超過它們的一倍波長(zhǎng)的距離時(shí)，它們就不會(huì)再湮滅了，當(dāng)虛粒子對(duì)無法湮滅時(shí)就會(huì)變成實(shí)粒子。因此，有人指出很可能當(dāng)初就產(chǎn)生了兩個(gè)大爆炸奇點(diǎn)，它們?cè)谝粋€(gè)巨大的能量漲落中產(chǎn)生，由于某種未知的原因瞬間分開了，沒有隨即湮滅，因此它們分別擁有了正能量和負(fù)能量，隨后各自膨脹為一個(gè)宏觀的宇宙。這樣，就可能在形成我們的宇宙的同時(shí)，產(chǎn)生了一個(gè)全是負(fù)能量的平行宇宙，里面就可能有一個(gè)負(fù)能量的你…… 但是很顯然，這樣的一個(gè)負(fù)能量宇宙也是不可觀測(cè)的，因?yàn)楫?dāng)你觀測(cè)到的那一刻就意味著毀滅……  時(shí)光倒流的世界——白洞的宇宙在卡爾·史瓦西提出黑洞幾十年后，有人提出了可能存在一種與黑洞相反的天體——白洞。根據(jù)廣義相對(duì)論，黑洞是只能進(jìn)不能出，白洞則只能出不能進(jìn)。然而科學(xué)家卻找不到白洞自然形成的機(jī)制，它不像黑洞可以通過天體坍縮產(chǎn)生。于是有人腦洞大開提出黑洞的另一頭很可能連接著一個(gè)白洞，而兩者通過蟲洞相連，黑洞吸進(jìn)去，從白洞噴出來。 然而按照廣義相對(duì)論，黑洞的邊界——視界面是一個(gè)單向膜，當(dāng)越過了視界，黑洞里的時(shí)空就發(fā)生逆轉(zhuǎn)了，所有落入黑洞的物體將從沿空間方向落入黑洞變成沿時(shí)間方向落向奇點(diǎn)。也就是說物質(zhì)落向黑洞奇點(diǎn)的過程是一個(gè)順時(shí)過程，而與之相反，白洞從奇點(diǎn)噴出物質(zhì)的過程則變成一個(gè)逆時(shí)過程，這有點(diǎn)不符合我們的物理規(guī)律，因?yàn)槲覀兊挠钪鏁r(shí)間具有明顯的單向性，不存在逆過程。于是有人繼續(xù)腦洞大開提出白洞所在的是另一個(gè)宇宙，那個(gè)宇宙的時(shí)間是逆著走的…… 不過這樣一個(gè)宇宙也許不能叫平行宇宙，而應(yīng)該叫鏡像宇宙吧，畢竟它連時(shí)間方向都是反的…… 對(duì)于這樣的一個(gè)宇宙，什么都不要問，問就是不可證偽……  終極理論下的平行時(shí)空在追求統(tǒng)一的過程中，誕生了一種奇怪的理論，稱為弦理論，通過增加空間維度，科學(xué)家可以把更多的相互作用納入到同一個(gè)理論里面。從弦理論發(fā)展到超弦理論后，科學(xué)家在十維時(shí)空下統(tǒng)一了自然界的四種相互作用，但是他們一共發(fā)現(xiàn)了5種不同的超弦理論，而且它們好像都對(duì)。后來物理學(xué)家愛德華·威騰通過額外再增加一個(gè)空間維度，使5種超弦理論統(tǒng)一在一起。 但很快有人發(fā)現(xiàn)了問題，在增加了一個(gè)空間維度后，空間變成了十維，然而偶數(shù)維的空間無法導(dǎo)出手征性，這與現(xiàn)實(shí)世界不符…… 后來還是威騰自己想到了解決辦法，很簡(jiǎn)單：“解釋不通，穿越時(shí)空；腦洞不夠，平行宇宙?！睕]錯(cuò)，他搬出了平行宇宙！通過把第十個(gè)空間維度定義為連接兩個(gè)九維空間的平行空間維，空間再次回到奇數(shù)維，完美的解決了手征性問題。最終這一理論被稱為M理論，成為最有可能統(tǒng)一所有相互作用的終極理論。 漂浮在高維空間里的三維膜一開始，弦理論的高維空間是蜷縮在普朗克長(zhǎng)度下的，但隨著理論發(fā)展，由于有三種相互作用力無法脫離三維空間（僅引力能穿透到高維空間），因此，高維空間即使是宏觀的我們可能也看不到，因?yàn)槲覀內(nèi)粘５挠^測(cè)手段被鎖死在三維空間里了…… 這樣，一個(gè)宏觀的高維空間就可能存在了，而我們可見的宇宙則可能只是一片漂浮在高維空間里的三維空間膜。那么憑什么認(rèn)為這個(gè)高維空間里只有一片三維膜呢？又一個(gè)腦洞出現(xiàn)了：在這個(gè)高維空間里，可能漂浮著無數(shù)的三維膜宇宙，而與之前的平行宇宙不同，這些漂浮的三維膜是有可能相撞的（有理論認(rèn)為正是這種相撞產(chǎn)生了宇宙大爆炸），即使不相撞，兩個(gè)三維膜上的物質(zhì)也能產(chǎn)生引力相互作用，而這些引力相互作用在我們的宇宙中理論上是能觀測(cè)到的。（有人認(rèn)為這能解釋暗物質(zhì)問題） 由于可以存在無限多的三維膜宇宙，因此也就有可能存在一個(gè)排列組合與我們的宇宙一模一樣的宇宙，存在另一個(gè)你的平行宇宙又出現(xiàn)了……但跟前面的小宇宙一樣，這個(gè)平行宇宙的“你”跟你其實(shí)沒有半毛錢關(guān)系。 宇宙不是唯一？——泡泡宇宙前面的所有平行宇宙其實(shí)可以認(rèn)為都來自一個(gè)共同的大宇宙，因?yàn)樗鼈冇泄餐钠鹪础５腥颂岢鲇钪婵赡芨静恢挥幸粋€(gè)，而是有無數(shù)個(gè)，每一個(gè)有不同的物理規(guī)律，不同的演化過程。有的可能根本沒膨脹，有的可能暴脹不止；有的可能只有一種力，有的可能有八種……反正就是民科名言：一切皆有可能！ 既然有無數(shù)個(gè)各種各樣的宇宙，出現(xiàn)兩個(gè)各種排列組合一樣一樣的宇宙自然也是有可能的…… 不知不覺寫了好幾千字，完全超出了原計(jì)劃……本考慮要不要分兩篇發(fā)，想想還是算了，分開了不好?？赐赀@么多的平行宇宙你有什么感想？或者你還知道哪些平行宇宙假說？可以留言討論一下。（^_^） |
|
|
