我們的宇宙是“宇宙海洋”的一滴水？“多元宇宙”讓科幻照進(jìn)現(xiàn)實(shí)→

作者：段躍初 黃湘紅

2024 年 8 月 14 日，據(jù)《科學(xué)美國人》報(bào)道，薩拉·斯科爾斯和希德·甘德里扎德發(fā)表了關(guān)于多元宇宙的研究觀點(diǎn)。

人類生活在宇宙之中，這是毋庸置疑的事實(shí)。然而，一個(gè)令人深思的問題浮現(xiàn)出來：我們所生活的這個(gè)宇宙，是否僅僅是眾多宇宙海洋中的一滴水？多元宇宙的概念，不僅是科幻小說中引人入勝的主題，更是現(xiàn)代物理學(xué)中被一些科學(xué)家認(rèn)真研究的真實(shí)可能性。

在現(xiàn)代物理學(xué)的多個(gè)分支中，一系列新奇的概念層出不窮。量子力學(xué)中，一個(gè)粒子能同時(shí)以所有可能狀態(tài)的疊加態(tài)存在，直至有人嘗試對其進(jìn)行測量。此時(shí)，多種可能性崩塌，一個(gè)明確的物理狀態(tài)呈現(xiàn)在觀察者面前。而量子力學(xué)的“多世界解釋”假設(shè)，量子測量可能展現(xiàn)的所有可能狀態(tài)都在不同的宇宙中發(fā)生，每個(gè)宇宙都有各自不同的觀測者。這一解釋或許是多元宇宙在科學(xué)領(lǐng)域中最著名的觀點(diǎn)，但絕非唯一。

保羅·哈爾彭在其新著《多重宇宙的誘惑：額外維度、其他世界和平行宇宙》中，深入探討了這些潛在的平行現(xiàn)實(shí)，包括它們的歷史演變、哲學(xué)內(nèi)涵以及對科學(xué)本質(zhì)的深刻洞察?！犊茖W(xué)美國人》有幸與哈爾彭就多元宇宙的概念如何與現(xiàn)代物理學(xué)契合、科學(xué)家目前所掌握的證據(jù)以及這一切對于我們存在本質(zhì)的意義展開了交流。

那么，多元宇宙究竟是什么？從科學(xué)角度來看，這個(gè)想法可以分為量子多重宇宙和宇宙多重宇宙。量子多元宇宙是對量子物理學(xué)中測量時(shí)所發(fā)生情況以及人類生活與量子世界如何關(guān)聯(lián)這一問題的一種可能解答。它由年輕的研究生休·埃弗雷特三世于 1957 年提出，其推測不同的可能性會(huì)分裂形成不同的宇宙，人類經(jīng)歷著多樣的現(xiàn)實(shí)，卻對自己的“二重身”一無所知。

宇宙學(xué)上的多元宇宙，則與被稱為“通貨膨脹”的概念相關(guān)。在宇宙的早期階段，這種快速膨脹相對容易實(shí)現(xiàn)且一直在發(fā)生，導(dǎo)致其他的泡泡宇宙不斷膨脹，我們的宇宙亦在其中。只是目前，它們超出了我們的觀測范圍。

我們宇宙的一些參數(shù)似乎恰到好處，處于能形成星系、恒星、行星和生命的正確范圍內(nèi)。倘若像引力強(qiáng)度、電磁相互作用強(qiáng)度等這些常數(shù)稍有變動(dòng)，那么我們所熟知的行星和生命將永無誕生之日。這就是所謂的“微調(diào)問題”。物理學(xué)家布蘭登·卡特在 1970 年左右提出，也許我們所在的宇宙區(qū)域乃至整個(gè)宇宙都是特殊的?；蛟S，我們應(yīng)當(dāng)考慮所有其他的可能性，思考為何我們處于這個(gè)宇宙分支而非其他。這可能與存在一系列可能的宇宙有關(guān)，而我們恰好處于少數(shù)能夠支持結(jié)構(gòu)形成并最終孕育出我們所熟知的生命的宇宙之中。然而，在大多數(shù)其他版本的宇宙中，我們不會(huì)存在。

然而，一個(gè)棘手的問題是，即便其他宇宙存在，也超出了我們的感知范疇?？茖W(xué)家目前尚無直接測試多元宇宙這一想法的方法。盡管在書中，哈爾彭提出了一些間接測試的設(shè)想，并指出未來或許能想出一些巧妙的直接實(shí)驗(yàn)，但就目前而言，多元宇宙不可檢驗(yàn)。在物理學(xué)中，還有其他一些觀點(diǎn)也永遠(yuǎn)無法直接驗(yàn)證。比如，宇宙在膨脹且加速，由于光速有限，我們永遠(yuǎn)無法看到超過一定半徑（約 460 億光年）的宇宙部分。量子的不確定性也限制了我們一次所能觀察到的內(nèi)容，海森堡的不確定性原理使得我們即便在理論上，也無法同時(shí)描繪出宇宙中所有粒子的位置和動(dòng)量。

這就引出了一個(gè)關(guān)鍵的問題：科學(xué)的目標(biāo)究竟是試圖探尋宇宙的真相，還是僅僅尋找能夠通過實(shí)驗(yàn)證明的東西？人類一直致力于理解自己所處的世界乃至整個(gè)宇宙。我們運(yùn)用各種工具，包括理論物理和直接觀察。雖然希望兩者能相互匹配，但有時(shí)會(huì)出現(xiàn)滯后。有時(shí)會(huì)有理論無法解釋的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，有時(shí)一些理論模型在沒有觀察的情況下也能得到一定程度的認(rèn)可，直至后來才有科學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。理論上令人興奮的想法，往往需要時(shí)間來進(jìn)行測試。

當(dāng)詢問不同的物理學(xué)家對多元宇宙的態(tài)度時(shí)，結(jié)果令人驚訝。一些被認(rèn)為以觀察為基礎(chǔ)、思維冷靜的科學(xué)家，對多元宇宙的想法持開放態(tài)度；而另一些擁有深遠(yuǎn)想法的人則劃清界限，拒絕接受多元宇宙的概念。不同的理論家各有偏好，這里面包含著一定的個(gè)人哲學(xué)。即使是受過專業(yè)訓(xùn)練的物理學(xué)家，在遵循物理定律和廣義相對論、量子物理學(xué)的基礎(chǔ)上，哲學(xué)偏好依然有存在的空間。

作者薩拉·斯科爾斯希望通過這一系列的探討，讓人們能夠理解理論物理學(xué)中的各種可能性，哪怕是那些已被廣泛接受的理論，如廣義相對論和量子物理學(xué)，并明白它們是如何以某種方式融入到我們?nèi)缃袼^察到的宇宙這個(gè)巨大謎團(tuán)之中。在眾多可能性面前，為何事情會(huì)發(fā)展成如今的模樣，依舊是個(gè)待解之謎。

總之，多元宇宙的概念為我們打開了一扇窺探未知的窗戶，讓我們對宇宙的本質(zhì)和人類的存在有了更深遠(yuǎn)的思考。