我們所在的宇宙可能不是唯一(圖)

2019-08-26 07:14 桌面版 简体 0
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我們所在的宇宙的確很有可能只是數十億個宇宙中的一個。
我們所在的宇宙的確很有可能只是數十億個宇宙中的一個。(圖片來源:Adobe Stock)

過去曾備受爭議的「多元宇宙論」被越來越多的證據所證明,並漸漸成為天文科學界的主流認識。美國哥倫比亞大學教授布萊恩・格林尼認為,目前最新的宇宙學理論研究顯示,我們所在的宇宙的確很有可能只是數十億個宇宙中的一個,也就是說現有的宇宙並非唯一。

愛因斯坦的困惑

「真正令我感興趣的是,上帝在創造世界時是否有所選擇。」著名物理學家阿爾伯特・愛因斯坦曾這樣提出關於宇宙是否唯一的質疑。當然他的這個疑問並非是建立在神學基礎上的,他是想知道特定的物理學規律是否能證實一直只存在我們所依附的這個充滿各類星系、恆星和行星的宇宙。換句話說,這些物理規律是否也能推導出空間中存在具有各種特色的多個宇宙呢?如果答案是肯定的,那麼我們通過超強天文望遠鏡所觀測到的廣闊宇宙,或許只是一些隨機過程的結果,只是從可供選擇的多種可能性中篩出的一種。

在愛因斯坦時代,宇宙可能呈現不同形式的說法,一貫被認為是謬論邪說。物理學家們總是將注意力放在「更嚴肅」的研究上面。然而,最近關於這個問題的研究已從物理學的邊緣進入主流。

學者們認為,我們的宇宙不僅可能有不同的特性,還有可能存在其他與我們所處宇宙截然不同的宇宙,這些宇宙由各種粒子組成,受到各種力的控制。由不同宇宙所組成的更廣闊宇宙,被稱為「多元宇宙」,這是近幾十年來物理學領域所出現的最具爭議的概念之一,引發了兩種觀點的激烈爭論:一種認為「多元宇宙」是人類對客觀世界認識的下一個階段,一種則堅持這種說法完全是無稽之談。那究竟這種說法是否有所依據呢?首先我們得從研究宇宙大爆炸來獲取答案。

宇宙大爆炸

在1915年,愛因斯坦發表了他最重要的理論廣義相對論,這個發現堪稱是數學美學上的奇蹟。它提供了可以精確解釋從行星沿特定軌跡運動而引發的一些現象。此後不久,更多的數學分析得出結論,「空間本身一直在膨脹,將眾多星系互相拉扯開來。」儘管愛因斯坦一開始不能接受由廣義相對論所引出的這個驚人結論,但後來人們對遠太空的進一步觀察逐漸證實了該結論。

1929年,美國天文學家愛德文・哈勃提出,曾經的宇宙比現在小得多,所有我們現在能看到的組成行星、星系甚至太空的物質,都是壓縮成無限小的顆粒,後來經過向外不斷膨脹,進而發生爆炸,才導致了今天我們所知的宇宙,這就是著名的「宇宙大爆炸」理論。

暴脹宇宙論

然而,科學界一直都清楚,「宇宙大爆炸」理論存在著一種重大缺陷,它沒法解釋到底是什麼引發了大爆炸。在上世紀80年代,物理學家阿蘭・古斯對大爆炸理論做出了補充,提出一種叫做「暴脹宇宙論」的模型,假設了大爆炸是因為「宇宙燃料」的存在。古斯分析,隨著太空的膨脹,「宇宙燃料」會不斷自我補充,因此這種「燃料」幾乎用之不竭。這也說明,宇宙大爆炸並非是單一而獨特的事件,「宇宙燃料」能引發人類所在宇宙的膨脹與爆炸,也同樣能造成其他爆炸,而每次爆炸都能產生特有的宇宙。

多元宇宙論

不可否認,宇宙膨脹,甚至爆炸是科學界的革命性發現,但它並沒有解決所有的問題。比如,地球或者一個星系的重力形成的拉力,會減緩整個宇宙空間的膨脹。然而,在上個世紀90年代,兩個科學小組經研究發現,宇宙膨脹的速度並沒有減緩,並且在大約70億年前進入了超速膨脹階段,這個速度還一直呈加速度狀態。那麼,到底是什麼力量讓星系越來越快地互相脫離呢?用廣義相對論來解釋,只能得出宇宙中存在著「暗能量」的設想。

根據該設想,科學家開始推算在宇宙膨脹加速過程中需要「暗能量」的數量,由此又發現了一個難以解釋的問題:「暗能量」在宇宙中的密度極小,但通過物理定律來推算,「暗能量」的密度卻比所觀測到的結果大得多!

這一矛盾的研究結果,只能令科學家們轉而尋找另一種截然不同的解釋方法,其中之一就是有多個宇宙的存在,這樣確實有助於解釋暗能量的秘密。

弦理論

布萊恩・格林尼在文中提到,解讀「多元宇宙」的關鍵是「弦理論」,他一直致力於研究「弦理論」。簡單地說,弦理論正試圖解決物理學中已廣被認可的兩個理論之間的矛盾:量子力學和廣義相對論。

格林尼表示,「愛因斯坦的相對論解釋了巨大物體的運動。量子力學在解釋微小物體運動的時候發揮著重要作用。兩者在各自領域的作用無與倫比,但被放在一起時,它們就互相對抗矛盾,連數學的解釋方式也失去了作用。」

格林尼說,「我們研究弦理論時發現了多元宇宙,弦理論裡討論的弦不光是理論定義,也包括一些看起來像大的飛毯或者薄膜的二維平面。根據弦理論,我們只是居住在很多這樣的巨型平面中的一個上面,其他地方可能還漂浮著別的薄膜。」

其基本觀點就是,自然界的基本單元不是電子、光子、中微子和夸克之類的粒子。這些看起來像粒子的東西實際上都是很微小的弦的閉合圈,稱為閉合弦或閉弦,閉弦的不同振動和運動就產生出各種不同的基本粒子。儘管弦論中的弦尺度非常小,但其基本原理預言,存在著幾種尺度較大的薄膜狀物體,直觀地說,我們所處的宇宙空間也許就是九維空間中的三維膜。

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