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平行宇宙:理论和证据

我们的宇宙可能存在于一个气泡中,它坐落在由其他宇宙气泡组成的空间网络中

■撰文:伊丽莎白·豪厄尔

我们的宇宙是独一无二的吗?从科幻小说到科学事实,都提出了一个概念,在我们的宇宙之外可能还存在其他宇宙,你在这个世界做出的所有选择,都在其他现实世界中产生影响。这个概念被称为“平行宇宙”,是多元宇宙天文学理论的一个部分。

这个想法在漫画书、电子游戏、电视和电影中普遍存在。从《吸血鬼猎人巴菲》( Buffy the Vampire Slayer )到《星际迷航》( Star Trek ),从《神秘博士》( Doctor Who )到《数码宝贝》( Digimon ),这些影视剧作品都使用了这个想法来扩展情节(流行文化的更多例子,请参阅第33页)。事实上,有相当多的证据表明存在多元宇宙。首先要了解我们认为宇宙是如何形成的。

关于多元宇宙的论点?

简单地说,大约138亿年前,我们所知的宇宙中的一切都只是一个无穷小的奇点。然后,根据大爆炸理论,一些未知的触发因素导致这个奇点在三维空间中膨胀和暴胀。随着最初膨胀的巨大能量逐渐减弱,光开始照射进来。最终,这些小粒子开始形成我们今天所知道的更大的物质,比如星系、恒星和行星。这个理论的一个大问题是:我们是所在的唯一的宇宙吗?以我们目前的技术,我们只能观察到这个宇宙的内部,因为宇宙是弯曲的,我们就像在鱼缸里,无法看到它的外面(如果有外面的话)。关于为什么可能存在多元宇宙至少有五种主要理论:

1.无限宇宙

我们不知道时空的确切形状。一个著名的理论是,它是平的,并且无限延伸。这将呈现出存在多个宇宙的可能性。但要这么说的话,宇宙可能会不断重复自己,因为粒子只能以这么多种方式组合在一起。稍后会详细介绍。

2.气泡宇宙

另一个关于多元宇宙的理论来源于“永恒暴胀”理论,根据塔夫茨大学宇宙学家亚历山大·维伦金(Alexander Vilenkin)的研究,当把时空看作一个整体,一些空间不会再膨胀,就像大爆炸导致宇宙膨胀那样。然而,其他空间区域的规模将继续扩大。所以,如果把我们自己的宇宙想象成一个气泡,它就坐落在由其他宇宙气泡组成的空间网络中。这个理论的有趣之处在于,其他宇宙的物理定律可能与我们宇宙的截然不同,因为它们之间没有联系。

3.子宇宙

多元宇宙也可能遵循量子力学理论(论述亚原子粒子的行为),而这是“子宇宙”理论的一部分。概率定律表明,对于你的一个决定可能产生的每一个结果,都会有一系列的宇宙——每一个结果都有一个宇宙。所以在一个宇宙里,你接受了在中国的工作,在另一个宇宙中,也许你在路上,你的飞机降落在不同的地方,你决定留下来,等等。

4.数学宇宙

另一个可能的途径是探索数学宇宙,简单地说,它解释了数学结构可能会根据你所在的宇宙而改变。“数学结构是你可以用一种完全独立于人类来描述的东西,”该理论的提出者——麻省理工学院的马克斯·泰格马克(Max Tegmark)在2012年的文章中说,“我真的相信存在这样一个宇宙,它可以独立于我而存在,即使没有人类也会继续存在。”

5.平行宇宙

平行宇宙放在最后说,但是这个也很重要。回到“时空是平坦的”的观点,准确地说,多元宇宙中可能的粒子构型的数量将被限制在10^10^122以内。因此,对于无限数量的宇宙区域,它们内部的粒子排列必须重复——无限多次。这意味着存在无限多个“平行宇宙”:与我们的宇宙完全相同的宇宙区域(包含一个完全像你的人),以及仅有一个粒子位置不同的区域、两个粒子位置不同的区域,等等,直到与我们的完全不同的区域。

英国杜伦大学的研究人员推测,宇宙背景辐射上的异常“冷点”可能是平行宇宙撞击我们所在宇宙的结果。

著名理论物理学家和宇宙学家斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)的最后一篇论文也提及了多元宇宙的概念。这篇论文发表于2018年5月,就在霍金去世几个月后。谈到这一理论,他曾在剑桥大学对他进行的一次采访(发表于《华盛顿邮报》中解释说:“我们不能确定只有一个单一的、独特的宇宙,但我们的发现意味着,多元宇宙的可能范围大大缩小了。”

反对平行宇宙的论点

不过,并非所有人都赞同平行宇宙理论。天体物理学家伊森·西格尔(Ethan Siegal)于2015年在发布平台Medium上发表的一篇文章中也认为,理论上时空可以永远持续下去,但他表示,这一观点存在一些局限性。

关键问题是,宇宙的年龄还不到140亿年。所以我们宇宙的年龄本身显然不是无限的,而是有限的。(简单地说)这将限制粒子重新排列自己的可能性,很遗憾,另一个你最终不太可能登上那架飞往中国的飞机。

此外,宇宙开始时的膨胀呈指数级增长,因为“空间本身固有的能量”太多了,他说。但随着时间的推移,膨胀明显放缓——大爆炸产生的物质粒子不再继续膨胀,他指出。

他下了结论:这意味着多元宇宙将有不同的膨胀率和不同的膨胀时间(更长或更短)。这就降低了存在与我们的宇宙相似的宇宙的可能性。“即使不考虑基本常数、粒子及其相互作用可能有无限多个可能值的问题,甚至不考虑解释问题,比如多元世界解释是否真的描述了我们的物理现实,”西格尔说,“事实是,可能结果的数量增长得如此之快——比指数增长快得多,除非暴胀已经发生了无限长的时间,否则就不存在与这个宇宙相同的平行宇宙。”

但西格尔并没有将不存在其他宇宙视为一种限制,相反,他认为我们应该为自己的独特而庆祝。他建议做出对自己有用的选择,这样“不会让你后悔”,因为没有其他宇宙和平行世界可以让你做第二次选择了。

科幻世界中的平行宇宙

以下是流行文化中对平行宇宙概念的运用

·漫威漫画和DC漫画以平行宇宙为背景,这些平行宇宙是多元宇宙的一部分。

·许多动漫系列,如《数码宝贝》、《七龙珠》( Dragon Ball )和《刺猬索尼克》( Sonic the Hedgehog ),其中一些角色都有来自其他宇宙的替代版本。

·平行宇宙出现在许多电子游戏中,包括《龙与地下城》( Dungeons&Dragons )、《生化奇兵:无限》( BioShock Infinite )、《最终幻想》( Final Fantasy )系列、《半条命》( Half-Life )、《英雄联盟》( League of Legends )、《真人快打》( Mortal Kombat )和《塞尔达传说》( The Legend of Zelda )。

·埃德温·A.艾勃特(Edwin·A.Abbott)创作的《平面国:多维空间传奇往事》( Flatland:A Romance of Many Dimensions ,1884)讲述了一个二维世界的故事,其中有活生生的圆形、三角形和正方形等几何图形。小说中还包括直线世界、空间世界和点世界等其他宇宙。这本书在2007年被改编成电影。

·赫伯特·乔治·威尔斯(H.G.Wells)的小说《人如神》( Men Like Gods ,1923)中有一台“业余时间”机器,探索了多元宇宙的概念。

·《纳尼亚传奇》( The Chronicles of Narnia ,1950—1956)是克莱夫·斯特普尔斯·刘易斯(C.S.Lewis)编写的一套系列丛书,讲述了几个孩子在我们的世界和纳尼亚世界之间穿梭的故事,那里有会说话的动物。其中一些书在21世纪初被拍成了电影。

·《星际迷航》有一集中“镜像宇宙”占据了重要地位,其中的角色更加无情和好战。这个概念几乎在《星际迷航》系列随后的每一部中都有重复。2009年,《星际迷航》宇宙在一部电影中重启,将20世纪60年代原版系列中的角色置于另一个宇宙中。这部电影由克里斯·派恩(Chris Pine)和扎克瑞·昆图(ZacharyQuinto)主演,并衍生出了一系列其他的《星际迷航》电影。

·在斯蒂芬·金(Stephen King)1982年开始创作的《黑暗塔》( The Dark Tower )系列中,旅行者通过传送门进入这座名义上的塔的不同楼层(换句话说,就是平行地球)。2017年,该系列的一部分被改编成电影。

《怪奇物语》中的“颠倒世界”是一个噩梦般的平行宇宙。

·《回到未来》( Back to the Future )系列电影(开始于1985年)讲述了麦克弗莱一家的冒险经历,包括对1885年、1955年和2015年的访问。第二部电影特别展示了另一个现实世界的缺点,一个角色利用这个缺点通过邪恶的手段致富。该剧由迈克尔·J.福克斯(Michael J.Fox)主演。

·在菲利普·普尔曼( Philip Pullman )的“《黑暗物质》三部曲”( His Dark Materials )中,孩子们在多个世界之间穿梭。第一本书《黄金罗盘》( The Golden Compass )于2007年被改编成电影。

·《滑动门》( Sliding Doors ,1998)是一部根据主角是否赶上火车而展现两个平行宇宙的电影。由格温妮丝·帕特洛(GwynethPaltrow)和约翰·汉纳(John Hannah)主演。

·《罗拉快跑》( Run Lola Run ,1998)是一部由弗兰卡·波坦特(Franka Potente)主演的电影。影片展示了一名女子试图在20分钟内获得10万德国马克来救她男友的命,她面临多种选择。

·迈克尔·克莱顿(Michael Crichton)的《时间线》( Timeline ,1999)讲述了历史学家回到中世纪的故事。(虽然这本书主要是讲述时间旅行,但其中也涉及多元宇宙。)根据这本书改编的电影于2003年上映。

·2001年的电影《唐尼·达科》( Donnie Darko )讲述的是一名高中生(杰克·吉伦哈尔[JakeGyllenhaal]饰)发现自己遇到了幻觉,并试图弄清楚它们的含义。

·特里·普拉切特(Terry Pratchett)和史蒂芬·巴克斯特(Stephen Baxter)的《漫长的地球》( The Long Earth )系列书讨论了可能与地球几乎相同的平行宇宙。

·网飞公司(Netflix)的科幻恐怖剧《怪奇物语》( Stranger Things ,2016年至今)的特色是另一个维度(角色们称之为“颠倒世界”),这个维度开始影响角色们的生活。 C/8a2pAcB6I7JVnd6swwQebHUmqKSkj1PrIqR6dnTDy9HoO+bEVoXSfCefzauzdW

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