科學驗證平行宇宙是真實存在的

2023-03-29 02:02:30

平行宇宙的存在似乎是科幻小說作者編出來的，而與現代理論物理相關性不大。但我們生活在由無限多個平行宇宙構成的「多重宇宙」中這個想法，長期都被認為是科學上的可能性——雖然在物理學家中間這仍是一個激烈爭辯的問題。找到一種方法來測試該理論的競賽已經開始，包括搜索天空尋找與其它宇宙碰撞的跡象。

重要的是記住多元宇宙觀實際上並不是一個理論的，而是我們當前對理論物理的理解的後果。這種區別是至關重要的。我們沒有一揮手說：「要有多重宇宙」。相反，宇宙是無限多個中的一個的觀點來自於目前的量子力學和弦理論。

多個世界解釋

你可能聽說過薛丁格的貓思想實驗，這是一隻生活在封閉盒子裡的怪異動物。打開盒子的行為使我們能選定貓的可能未來歷史之一，包括一種既死又活的。這之所以顯得如此不可能的原因，只是因為我們的人類直覺不熟悉它。

但根據量子力學的奇怪法則這是完全可能的。它可能發生的原因是量子力學中的可能性空間是巨大的。在數學上，量子力學狀態是所有可能狀態的總和(或疊加)。在薛丁格貓的例子裡，貓是「死」和「活」的狀態疊加。

但是，我們如何在實際意義上解釋這一點？一種流行的方法是把所有這些可能性想像為記帳設備，這樣唯一「客觀真實」的貓狀態就是我們觀察到的那個。然而，同樣可以選擇接受所有這些可能性都是真實的，並且它們存在於多重宇宙的不同宇宙中。

弦論景象

弦理論是我們最有希望能夠統一量子力學和引力的途徑之一。這相當困難，因為引力在如原子和次原子粒子的小尺度上是如此難以描述——這是量子力學的領域。但弦理論認為，所有的基本粒子都是由一維的弦構成，可以一次性描述所有已知的自然力：引力、電磁力和核力。

然而，弦理論在數學上要能工作，至少需要十個物理維度。由於我們只能觀察到四個維度：高度，寬度，深度(都是空間上的)和時間(時間上的)，因此弦理論如果是正確的，它的額外維度必須在某種程度上是隱藏的。要能夠用該理論來解釋我們看到的物理現象，這些額外維度必須以小得看不見的方式蜷縮「緊緻化」起來。也許在我們四個大維度中的每一個點裡，存在著六個額外的無法區分的方向？

弦理論一個問題，或者有人會說是一個特徵，是有很多方式進行這種緊緻化——通常鼓吹的一個數字是10500種可能性。這些緊緻化的每一種將導致一個不同物理法則的宇宙——如不同的電子質量和引力常數。但對緊緻化方法也有激烈的反對，所以該問題還沒有很好解決。

但考慮到這一點，明顯的問題就是：我們生活在這些可能性中的哪一個？弦理論本身並沒有提供一種機制來預測之，因為我們不能測試它，這就使得它毫無用處。但幸運的是，來自早期宇宙宇宙學研究的一個想法已經把這個錯誤變成了一個特性。

早期宇宙

在非常早期宇宙期間，在大爆炸之前，宇宙經歷了一段加速膨脹時期，稱為暴漲。暴漲最初被引入用於解釋為什麼目前可觀測宇宙的溫度幾乎是一致的。然而，該理論還預測了在這個平衡上的溫度波動頻譜，且為後來幾個太空飛行器所證實，如宇宙背景探測器，威爾金森微波各向異性探測器和普朗克太空飛行器。

儘管該理論的具體細節仍在激烈爭論中，暴漲膨脹已被物理學家們廣泛接受。然而，該理論的一個後果是，宇宙必須有仍在加速的其他部分。然而，由於時空的量子漲落，宇宙的某些部分從未真正達到暴漲的最終狀態。這意味著宇宙，至少根據我們目前的理解，永遠在暴漲。

宇宙微波背景。搜尋引力波和與其它宇宙碰撞的跡象。

因此，有些部分最終可以成為其他宇宙，它們又可能成為其它宇宙，等等。這個機制產生無限多個宇宙。結合這種情況與弦理論，就有一種可能性，這些宇宙中的每一個具有不同的額外維度緊緻化，因此具有不同的物理法則。

測試理論

由弦理論和暴漲所預測的各宇宙存在於同一個物理空間中(不同於存在於一個數學空間中的量子力學的多重宇宙)，它們可以重疊或碰撞。事實上，他們不可避免地必須碰撞，在宇宙的天空中留下可能的特徵，我們可以嘗試尋找。

特徵的精確細節與模型密切相關——從宇宙微波背景中的冷點或熱點到星系分布中的異常空洞。然而，因為與其他宇宙的碰撞必須發生在特定方向上，一般的期望是，任何特徵都將打破我們可觀察宇宙的均勻性。

這些特徵正在被科學家們積極追尋著。一些正在通過大爆炸的餘暉宇宙微波背景中的痕跡直接尋找它。然而，尚未看到這樣的特徵。其他人則在尋找間接支持，如引力波，它是大質量物體通過時在時空中的波動。這種波可以直接證明暴漲的存在，而最終加強對多重宇宙理論的支持。我們是否能夠證明他們的存在是很難預測的。但鑑於這種發現的巨大影響，它肯定是值得去搜索的。