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    奥卡姆如是说

    以上便是我们所讨论的平行宇宙理论,它分为由低到高四个层次,与我们熟知宇宙的差异也随层次不同越来越大。这些差异可以来自不同的初始条件(第一层);不同的物理常数、粒子种类和时空维数(第二层);不同的物理规律(第四层)。有意思的是,第三层才是最近几十年研究最火热的东西,因为它本质上没有增添任何新的宇宙类型。

    未来十年内,发展迅猛的对宇宙微波背景和空间大尺度物质分布的测量会进一步确定空间的准确曲率和拓扑结构,其结果将直接支持或驳倒第一层多重宇宙的假说。这些测量结果也会验证“无序持续膨胀”理论,从而间接探测第二层多重宇宙。同时天体物理学与高能物理领域的巨大进展也将进一步阐明到底我们宇宙的哪些物理常数被“调节”过了,以此加强或削弱第二层多重宇宙的可信度。

    如果当前研制量子计算机的大量努力成功的话,将为第三层平行宇宙提供更加深远的证据。不仅如此,量子计算机的工作是在本质上利用第三层多重宇宙的平行性。大量的试验同时也在寻找违反统一性--最终决定量子平行宇宙存在于否--的证据。现代物理学在其面对的最重大挑战--将广义相对论与量子场论统一起来--中成功与失败会改变对第四层多重宇宙的看法:最终会找到那个描述我们宇宙的数学结构,抑或是碍于数学的局限性而停止不前,最终放弃第四层次。

    四层多重宇宙的关系

    左上角那N圈蚊香就是无数个第一层平行宇宙,黄色的连线显示着它们包容于一个气泡中,这些气泡构成了第二层多重宇宙(左下)。右下角是所谓的量子平行宇宙(即第三层),中间那只猫就是著名的猫佯谬。猫佯谬是一个假想的用来连结微观量子现象和宏观世界的实验,一个微观粒子在特定场合出现与否取决于波函数的概率。这个箱子就被做成如果粒子出现了,就杀掉猫,否则不杀现在问题来了,根据量子理论,粒子既会出现,又不会出现,是该波函数载空间的弥散。那么猫是死是活呢?物理学家没办法,只好承认猫同时处在死和活两种状态现在第三层平行宇宙理论解决了这个问题宇宙分裂成两个,猫在其中一个里面活着,在另一个里面死了左上角是第四层平行宇宙,亦即和我们的基本物理概念都不同的宇宙图上画的从左到右,从上到下分别是形如曼德勃罗集的宇宙。曼德勃罗集是数学上最美丽的集合,产生规则简单得一句话就能说清楚,图形却比整个已知宇宙复杂得多。

    第二个是正12面体宇宙

    第三个有点象洛伦兹轨迹形状

    下面那个方的叫谢尔宾斯基海绵,是一个体积为0的立方体,也是分形里面的东东。下面一排左边是一般的平滑空间;马鞍面空间;封闭的球状空间,最后一个是相互连通的怪异拓扑结构的空间,黄线表明量子平行宇宙和第二层多重宇宙是等价的,但可以看到量子平行宇宙只对应第四层的一小部分是因为第四层的基本物理规律都不同了,绝大部分根本没有“量子”这种概念

    你是否该相信平行宇宙?主要争论集中在:它们很浪费并且很奇怪。最首要的争论是,平行宇宙似乎不遵循“奥卡姆的剃刀”原则,因为它假设永远观测不到的其他宇宙存在。为何老天爷如此浪费并沉醉于这些多到无穷无尽的不同世界?争论充斥平行宇宙的每一个层次,为什么自然界偏偏要如此浪费?空间、物质或原子--毫无疑问地,仅第一层多重宇宙就已经包含了无限的上述事物,谁在乎它多浪费点呢?关键是让理论显式地变得简单。怀议论者担心要描述所有不可见世界所需的信息量。

    然而,一个整体集合往往要比集合中的单个元素简单得多。该原理在描述算法的时候很常用。我们知道,一个非常简短的计算机程序程序就能输出异常庞大的信息量。举例而言,考察整数集。哪个更简单些,整数集还是其中某个特定整数?也许你会天真的觉得单个整数简单些,但事实上整个整数集能用非常简单的规则表达出来,寥寥几行计算机程序就能产生它们;相反单个整数却可能难以置信的大。因此,真正简单的是整个集合。

    同样,爱因斯坦的整套引力场方程要比其中某个特定的要简单。前者只需要很少几个方程就能描述,而后者要求在某些超平面指定大量的初始数据。由此我们学到,当我们把注意力局限在全体元素的一小部分上,复杂性就会大大增加,也就失去了整个系统原本应有的对称性和简洁性。

    从这种意义上说,更高层次的多重宇宙意味着更简单。为了从我们居住的宇宙走向整个第一层多重宇宙,需要指定许多初始条件来消除彼此的差异;若是升级到第二层,需要指定一些物理常数;到了第四层则完全不用指定任何东西。多余的复杂性完全来自观测者的主观视点--也就是青蛙的视点。从鸟的视点来讲,多重宇宙要简单的多。

    而抱怨该理论太奇怪的人出发点多半来自审美上而非科学上。然而这种看法只有在亚里斯多德派中才有意义。我们期待着什么?当我们提出“现实的本源是什么”如此意义深远的问题时,难道我们仅期待一个听起来不那么奇怪的答案?进化赋予我们对日常生活中物理现象的直觉,然而它仅对我们远古的祖先有用。现在,当我们遨游于远超日常物理的世界,我们应当预见到它们也许会很奇怪。

    四层多重宇宙的共通特色是最简洁与最优雅的理论自然而然地包含着平行宇宙。要否认它们的存在,你必须复杂化你的理论,增加没有观测结果支持的过程和特殊的假定:无限的空间、波函数坍塌和天性不对称。那么,哪个才是真正的浪费和不雅,许多宇宙还是许多规则?也许我们将逐渐习惯宇宙的奇妙而终将发现这种不可思议的奇妙正是它魅力的一部分。

    实例解说——时间机器与平行世界

    什么是平行宇宙?假设你手里拿着一片树叶,全世界独一无二的一片树叶,当然啦,世界上没有两片完全相同的叶子么。能不能换种看法呢:你手里拿着无数片树叶,只不过它们全都一模一样,在时间空间上叠合在一起了,所以你只能看见一片树叶,呵呵,有点诡辩,但也没错吧。甚至连你自己都有无限多个,只不过叠在一起了,在某种特定条件下没准会分一个出来呢。双面维若尼卡?不是啦,分出来的不止你一个人,整个世界那会跟着分出去了,于是有两个互不相干的世界,其中各有一个一模一样的你,只是你们俩永远都不会碰到一起,也就无从知道对方的存在,这就是所谓平行宇宙了。

    往高深里说,这牵涉到量子物理学,往浅显里说,估计大家小时候闲来没事也想到过这个。官方说法都不尽统一,平行宇宙(paralleluniverse),平行世界(parallelworld),多重宇宙(multiverse),反正你知道是什么意思就行啦。

    比如迈克福克斯回到过去撮合老爸老妈的婚姻,哗,电光一闪,世界分裂,迈克回去的并不是自己原先的那个世界,而是另外一个一模一样的平行世界,这两个平行世界在迈克回来之前是完全一模一样,重合在一起的,迈克一出现,就桥归桥路归路了。在分出来的这个平行世界里迈克其实爱干嘛就干嘛吧,就算娶了本该当自己老妈的那个女人,也不会造成自己消失的。

    这么一说时间旅行就讲得通了,回到过去并不能改变现在,而是创造出另外一个新的世界来。就算杀你祖母,杀的也是另一个世界里的祖母。不过这样一来阿诺回去杀琳达就没有道理了,因为就算他得手,也不干现在什么事,只是改变了另一个世界的发展走向。而且这样一来,很多英雄行为就缺乏动机了,难怪好莱坞不喜欢这样的理论。

    不过有了理论,总会用得着,李连杰不就在《宇宙追缉令》的平行宇宙中来来回回赶了一通么。李连杰的平行宇宙称作"先置平行宇宙",就是说不管你玩不玩时空挪移,无限多个宇宙原本就存在,有本事你就可以在里面窜来窜去。相对来说还有一种理论就是"后置平行宇宙",只有你时空旅行,改变了历史,才会有新的平行世界分化出来。说到底也就是个先有鸡还是先有蛋的问题,没什么可多争论的。

    1、人不可能回到过去,因为发生过的事情怎么可能再出现一次呢?(M支持此看法)有一个叫“祖母悖论”的理论很好的证明了人不可能回到过去。理论是这样讲的:假如一个人回到过去把他的祖母给杀了(在这个人的母亲还没有出生前),就是说他祖母死了,因此来讲这个人的母亲也就没出生,这个人也就不可能再出生。而历史的发展到现在,按理来说这个人是不存在的。而现实中这个人的确是存在的。这两个情况就出现了相互矛盾的情况。从而证明了人是不能回到过去的。(不知道啰嗦了半天,有人明白没)

    2、人可以回到过去,同时又提出了另一个概念“平行宇宙论”。就是说一个人回到她祖母的时代,从那一时刻开始,宇宙的发展及演化就分成了两个平行的宇宙。第一种情况,他把他的祖母Kill了,在第一个宇宙中的发展是这个人把她的祖母K了,而到现在这个人也就不再存在了;而在另一个宇宙中的发展还是像现在一样,这个人还是存在的。并没有什么事情发生一样。科学家们还讲,空间是由无数这样的平行宇宙组成的。真是不可思议。

    原作:(美)马克斯·铁马克

    原载:《科学美国人》2003.5

    翻译:focu

    总述(来源:南丰公益书院)

    平行宇宙

    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,如此云云等

    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

    物理学里的平行宇宙

    平行宇宙的分类

    在2003年的科学人杂志里,有一篇由美国宇宙学家MaxTegmark写的关于平行宇宙的专文,在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: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(也就是可想象得到的)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

    相关理论

    无穷宇宙(开放宇宙)理论

    开放宇宙理论、开放宇宙

    无穷宇宙,在宇宙中存在有大量的可观测区(有着红色十字中心的红圈),我们的「宇宙」不过是其中的一个可观测区而已开放宇宙理论认为,我们目前所知的宇宙只是整个宇宙中可观测的一小部分,在这个部分之外,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,我们所看到的部分(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」示意图,宇宙1到宇宙6各自有自己的物理常数,我们的「宇宙」不过是其中的一个「泡沫」而已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膨胀理论在相当程度上契合,因为无人确切地知道膨胀是怎样开始的,所以同一机理总有可能再次发生,即膨胀式的爆炸可能重复发生。即不管是什么机理引起部分宇宙突然膨胀,该机理可能仍然在起作用,也许会意外地引起宇宙其他遥远的区域也发生膨胀。

    根据这个理论,一小片宇宙可能突然膨胀、“发芽”,萌生一个“女孩”宇宙或“男孩”宇宙,这些宇宙又可能萌生另一个婴宇宙,如此不断进行下去。想象吹一个肥皂泡到空中。如果我们使劲吹,我们看到有些肥皂泡分成两半,产生新的肥皂泡。宇宙可能会以相同的方式不断产生新的宇宙。如果这是真的,我们可能生活在这样一个宇宙的海洋上,每个宇宙像一个漂浮在其他肥皂泡的海洋上的一个肥皂泡。事实上,比“宇宙”更确切的词应该是“多元宇宙”或“巨型宇宙”。

    林德(Linde)将这一理论叫做永恒的、自我再生的膨胀,或“无次序的膨胀”,因为他预想的是一个绝无终止的平行宇宙连续膨胀的过程。首次提出膨胀理论的艾伦·古思(AlanGuth)说:“膨胀理论几乎是强迫我们接受多元宇宙的思想。”

    这一理论也意味着,我们的宇宙可能在某个时候萌生了它自己的一个婴宇宙。也许我们自己的宇宙也是从更古老、更早期的宇宙萌生出来的。

    马丁·里斯(MartinRees)是大英帝国皇家学院的天文学家,他说:“我们通常所说的‘宇宙’可能只是全体成员中的一员。可能存在不计其数的规律不同的其他宇宙。我们所在的宇宙属于与众不同的子集,在这个宇宙中允许复杂的事物和意识得以发展。”

    越来越多的理论证据支持多元宇宙的存在,在多元宇宙中,整个宇宙不断萌生其他的宇宙。如果这是真的,它将统一两种重大的宗教神学,“创始”和“涅盘”。在无始无终的“涅盘”的织构中“创始”不断发生。

    所有这些关于多元宇宙主题的研究活动让人们开始思索,这些其他的宇宙看起来会是什么样子?是不是也有生命?是不是最终有可能与他们取得联系?加利福尼亚工学院、麻省理工学院、普林斯顿大学和其他研究中心的科学家已经进行了计算,以确定进入平行宇宙是不是符合物理学的规律。

    大反弹理论

    大反弹理论、振荡宇宙

    根据回圈量子重力理论,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,每个周周期开始于大霹雳、结束于大挤压(BigCrunch),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

    主条目: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数,而这些平行宇宙彼此之间有著相同的起源,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维薄膜的碰撞当中,基本上由此产生的宇宙可以和量子力学的多世界解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

    弦论「地景」

    根据IIB型(TypeIIB)的弦论,从十维弦论的世界到我们所知的四维世界有极多种的变换方式,而不同的变换方式会产生相当不同的宇宙

    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MaxTegmark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MaxTegmark答曰:「这四种平行宇宙的一个共同特征就是:预设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MaxTegmark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,而有些人工智慧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在平行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;对于将人类人类的理解之外的事物予以分类也可能会招致批评

    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

    参见

    弦理论

    M理论

    人择原理

    C

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