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【仁医】里的平行宇宙论

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平行宇宙论(Parallel universes),或者叫多重宇宙论(Multiverse),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。平行宇宙这个名词是由美国哲学家与心理学家威廉·詹姆士在1895年所发明的。
平行宇宙论
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。 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。
最早提出
是否有另一个你正在阅读和本文完全一样的一篇文章?那个家伙并非你自己,却生活在一个有着云雾缭绕的高山、一望无际的原野、喧嚣嘈杂的城市,和其它7颗行星一同围绕一颗恒星旋转,并且也叫做“地球”的行星上?他(她)一生的经历和你每秒钟都相同。然而也许她此刻正准备放下这篇文章而你却打算看下去。 这种“分身”的想法听起来奇怪而又难以置信,是埃弗莱特的一种
平行宇宙论
推论,源于埃弗莱特在1957年发表的博士论文,目前尚不能被证明。
平行宇宙
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。编辑本段平行宇宙层次
平行宇宙论
对“宇宙”的如此定义,人们也许会认为这只是种形而上学的方式罢了。然则物理学和形而上学的区别在于该理论是否能通过实验来测试,而不是它看起来是否怪异或者包含难以察觉的东西。多年来,物理学前沿不断扩张,吸收融合了许多抽象的(甚至一度是形而上学的)概念,比如球形的地球、看不见的电磁场、时间在高速下流动减慢、量子重叠、空间弯曲、黑洞等等。近几年来“多重宇宙”的概念也加入了上面的名单,与先前一些经过检验的理论,如相对论和量子力学配合起来,并且至少达到了一个经验主义科学理论的基本标准:作出预言。当然作出的论断也可能是错误的。科学家们迄今讨论过多达4种类型独立的平行宇宙。现在关键的已不是多重宇宙是否存在的问题了,而是它们到底有多少个层次。
第一层次:视界之外
所有的平行宇宙组成第一层多重宇宙。--这是争论最少的一层。所有人都接受这样一个事实:虽然我们此时此刻看不见另一个自己,但换一个地方或者简单地在原地等上足够长的时间以后就能观察到了。就像观察海平面以外驶来的船只--观察视界之外物体的情形与此类似。随着光的飞行,可观察的宇宙半径每年都扩大半光年,因此只需要坐在那里等着瞧。当然,你多半等不到另一个宇宙的另一个你发出的光线传到这里那天,但从理论上讲,如果宇宙扩张的理论站得住脚的话,你的后代就有可能用超级望远镜看到它们。 怎么样,第一层多重宇宙的概念听起来平平无奇?空间不都是无限的么?谁能想象某处插着块牌子,上书“空间到此结束,当心下面的沟”?如果是这样,每个人都会本能的置疑:尽头的“外面”是什么?实际上,爱因斯坦的重力场理论偏偏把我们的直觉变成了问题。空间有可能不是无限,只要它具有某种程度的弯曲或者并非我们直觉中的拓扑结构(即具有相互联络的结构)。 一个球形、炸面圈形或者圆号形的宇宙都可能大小有限,却无边界。对宇宙微波背景辐射的观测可以用来测定这些假设。【见另一篇文章《宇宙是有限的吗?》by Jean-Pierre Luminet, Glenn D. Starkman and Jeffrey R. Weeks; Scientific American, April 1999】然而,迄今为止的观察结果似乎背逆了它们。无尽宇宙的模型才和观测数据符合,外带强烈的限制条件。 另一种可能是:空间本身无限,但所有物质被限制在我们周围一个有限区域内--曾经流行的“岛状宇宙”模型。该模型不同之处在于,在大尺度下物质分布会呈现分形图案,而且会不断耗散殆尽。这种情形下,第一层多重宇宙里的几乎每个宇宙最终都将变得空空如也,陷入死寂。但是近期关于三维银河分布与微波背景的观测指出物质的组织方式在大尺度上呈现出某种模糊的均匀,在大于10^24米的尺度上便观测不到清晰的细节了。假定这种模式延伸下去,我们可观测宇宙以外的空间也将充满行星、恒星和星系。


1楼2011-06-29 01:10回复
    有资料支持空间延伸于可观测宇宙之外的理论。WMAP卫星最近测量了微波背景辐射的波动(左图)。最强烈的振幅超过了0.5开,暗示着空间非常之大,甚至可能无穷(中图)。另外,WMAP和2dF星系红移探测器发现在非常大的尺度下,空间均匀分布着物质 生活在第一层多重宇宙不同平行宇宙中的观察者们将察觉到与我们相同的物理定律,但初始条件有所不同。根据当前理论,大爆炸早期的一瞬间物质按一定的随机度被抛出,此过程包含了物质分布的一切可能性,每种可能性都不为0。宇宙学家们假定我们所在的当初有着近似均匀物质分布和初始波动状态(100,000可能性中的一种)的宇宙,是一个相当典型的(至少在所有产生了观察者的平行宇宙中很典型)个体。那么距你最近的和你一模一样那个人将远在10^(10^28)米之外;而在10^(10^92)米外才会有一个半径100光年的区域,它里面的一切与我们居住的空间丝毫不差,也就是说未来100年内我们世界所发生的每件事都会在该区域完全再现;而至少10^(10^118)米之外该区域才会增大到哈勃体积那么大,换句话说才会有一个和我们一模一样的宇宙。 上面的估计还算极端保守的,它仅仅穷举了一个温度在10^8开以下、大小为一个哈勃体积的空间的所有量子状态。其中一个计算步骤是这样:在那温度下一个哈勃体积的空间最多能容纳多少质子?答案是10^118个。每个质子可能存在,也可能不存在,也就是总共2^(10^118)个可能的状态。现在只需要一个能装下2^(10^118)个哈勃空间的盒子便用光所有可能性。如果盒子更大些--比如边长10^(10^118)米的盒子--根据抽屉原理,质子的排列方式必然会重复。当然,宇宙不只有质子,也不止两种量子状态,但可用与此类似的方法估算出宇宙所能容纳的信息总量。 与我们宇宙一模一样的另一个宇宙的平均距离,距你最近那个“分身”没准并不象理论计算的那么远,也许要近得多。因为物质的组织方式还要受其他物理规律制约。给定一些诸如行星的形成过程、化学方程式等规律,天文学家们怀疑仅在我们的哈勃体积内就存在至少10^20个有人类居住的行星;其中一些可能和地球十分相像。 第一层多重宇宙的框架通常被用来评估现代宇宙学的理论,虽然该过程很少被清晰地表达。举例来说,考察我们的宇宙学家如何通过微波背景来试图得出“球形空间”的宇宙几何图。随着空间曲率半径的不同,那些“热区域”和“冷区域”在宇宙微波背景图上的大小会呈现某种特征;而观测到的区域表明曲率太小不足以形成球形的封闭空间。然而,保持统计学上的严格是非常重要的事。每个哈勃空间的这些区域的平均大小完全是随机的。因此有可能是宇宙在愚弄我们--并非空间曲率不足以形成封闭球形使得观测到的区域偏小,而恰巧因为我们宇宙的平均区域天生就比别的来的小。所以当宇宙学家们信誓旦旦保证他们的球状空间模型有99.9%可信度的时候,他们的真正意思是我们那个宇宙是如此地不合群,以至1000个哈勃体积之中才会出一个象那样的。 这堂课的重点是:即使我们没法观测其他宇宙,多重宇宙理论依然可以被实践验证。关键在于预言第一层多重宇宙中各个平行宇宙的共性并指出其概率分布--也就是数学家所谓的“度量”。我们的宇宙应当是那些“出现可能性最大的宇宙”中的一个。否则--我们很不幸地生活在一个不大可能的宇宙中--那么先前假设的理论就有大麻烦了。如我们接下来要讨论的那样,如何解决这度量上的问题将会变得相当有挑战性。
    第二层次:膨胀后留下的气泡
    如果第一层多重宇宙的概念不太好消化,那么试着想象下一个拥有无穷组第一层多重宇宙的结构:组与组之间相互独立,甚至有着互不相同的时空维度和物理常量。这些组构成了第二层多重宇宙--被称为“无序的持续膨胀”的现代理论预言了它们。 “膨胀”作为大爆炸理论的必然延伸,与该理论的许多其他推论联系紧密。比如我们的宇宙为何如此之大而又如此的规整,光滑和平坦?答案是“空间经历了一个快速的拉伸过程”,它不仅能解释上面的问题,还能阐释宇宙的许多其他属性。【见《膨胀的宇宙》 by Alan H. Guth and Paul J. Steinhard; Scientific American, May 1984; 《自我繁殖的膨胀宇宙》 by Andrei Linde, November 1994 】“膨胀”理论不仅为基本粒子的许多理论所语言,而且被许多观测证实。“无序的持续”指的是在最大尺度上的行为。作为一个整体的空间正在被拉伸并将永远持续下去。然而某些特定区域却停止拉伸,由此产生了独立的“气泡”,好像膨胀的烤面包内部的气泡一样。这种气泡有无数个。它们每个都是第一层多重宇宙:在尺寸上无限而且充满因能量场涨落而析出的物质。 对地球来说,另一个气泡在无限遥远之外,远到即使你以光速前进也永远无法到达。因为地球和“另一个气泡”之间的那片空间拉伸的速度远比你行进的速度快。如果另一个气泡中存在另一个你,即便你的后代也永远别想观察到他。基于同样的原因,即空间在加速扩张,观察结果令人沮丧的指出:即便是第一层多重空间中的另一个自己也将看不到了。 第二层多重宇宙与第一层的区别非常之大。各个气泡之间不仅初始条件不同,在表观面貌上也有天壤之别。


    2楼2011-06-29 01:10
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      第三层次:量子平行世界
      第一层和第二层多重宇宙预示的平行世界相隔如此之遥远,超出了天文学家企及的范围。但下一层多重宇宙却就在你我身边。它直接源于著名的、备受争议的量子力学解释--任何随机量子过程都导致宇宙分裂成多个,每种可能性一个。 量子平行宇宙。当你掷骰子,它看起会随机得到一个特定的结果。然而量子力学指出,那一瞬间你实际上掷出了每一个状态,骰子在不同的宇宙中停在不同的点数。其中一个宇宙里,你掷出了1,另一个宇宙里你掷出了2……。然而我们仅能看到全部真实的一小部分--其中一个宇宙。 20世纪早些年,量子力学理论在解释原子层面现象方面的成功掀起了物理学革命。在原子领域下,物质运动不再遵守经典的牛顿力学规律。在量子理论解释它们取得瞩目成功的同时却引发了爆炸性激烈的争论。它到底意味着什么?量子理论指出宇宙并不像经典理论描述的那样,决定宇宙状态的是所有粒子的位置和速度,而是一种叫作波函数的数学对象。根据薛定鄂方程,该状态按照数学家称之为“统一性”的方式随时间演化,意味着波函数在一个被称为“希尔伯特空间”的无穷维度空间中演化。尽管多数时候量子力学被描述成随机和不确定,波函数本身的演化方式却是完全确定,没有丝毫随机性可言的。 关键问题是如何将波函数与我们观测到的东西联系起来。许多合理的波函数都导致看似荒谬不合逻辑的状态,比如那只在所谓的量子叠加下同时处于死和活两种状态的猫。为了解释这种怪异情形,在20实际20年代,物理学家们做了一种假设:当有人试图观察时,波函数立即“坍塌”成经典理论中的某种确定状态。这个附加假设能够解决观测发现的问题,然而却把原本优雅和谐统一的理论变得七拼八凑,失去统一性。随机性的本质通常归咎于量子力学本身就是这些不顺眼假设的结果。 许多年过去了,物理学家们逐渐抛弃了这种假设,转而开始接受普林斯顿大学毕业生Hugh Everett在1957年提出的一种观点。他指出“波函数坍塌”的假设完全是多余的。纯粹的量子理论实际上并不产生任何矛盾。它预示着这样一种情形:一个现实状态会逐渐分裂成许多重叠的现实状态,观测者在分裂过程中的主观体验仅仅是经历完成了一个可能性恰好等于以前“波函数坍塌假设结果”的轻微的随机事件。这种重叠的传统世界就是第三层多重宇宙。 四十多年来,物理界为是否接受Everett的平行世界犹豫不决,数度反复。但如果我们将之区分成不同视点分别来看待,就会更容易理解。研究它数学方程的物理学家们站在外部的视点,好像飞在空中的鸟审视地面;而生活在方程所描述世界里的观测者则站在内部的视点,就好比被鸟俯瞰的一只青蛙。 在鸟看来,整个第三层多重宇宙非常简单。只用一个平滑演化的、确定的波函数就能就能描绘它而不引发任何分裂或平行。被这个演化的波函数描绘的抽象量子世界内部却包含了大量平行的经典世界。它们一刻不停的分裂、合并,如同经典理论无法描述的一堆量子现象。在青蛙看来,观察者感知的只有全部真相的一小部分。它们能观测到自己所在那个第一层宇宙,但是一种模仿波函数坍塌效果而又保留统一性、被称为“去相干”的作用却阻碍他们观测到与之平行的其他宇宙。 每当观测者被问及一个问题、做一个决定或是回答一个问题,他大脑里的量子作用就导致复合的结果,诸如“继续读这篇文章”和“放弃阅读本文”。在鸟看来,“作出决定”这个行为导致该人分裂成两个,一个继续读文章而另一个做别的去了。而在青蛙看来,该人的两个分身都没有意识到彼此的存在,它们对刚才分裂的感知仅仅是经历了个轻微的随机事件。他们只知道“自己”做了什么决定,而不知道同时还有一个“他”做了不同的决定。 尽管听起来很奇怪,这种事情同样发生在前面讲过的第一层多重宇宙中。显然,你刚作出了“继续阅读本文”的决定,然而在很远很远的另一个银河系中的另一个你在读过第一段之后就放下了杂志。第一层宇宙和第三层宇宙唯一的区别就是“另一个你”身处何处。第一层宇宙中,他位于距你很远之处--通常维度空间概念上的“远”。第三层宇宙中,你的分身住在另一个量子分支中,被一个维度无限的希尔伯特空间分隔开来。 第三层多重宇宙的存在基于一个至关重要的假设:波函数随时间演化的统一。所幸迄今为止的实验都不曾与统一性假设背离。在过去几十年里我们在各种更大的系统中证实了统一性的存在:包括碳-60布基球和长达数公里的光纤中。理论反面,统一性也被“去相干”作用的发现所支持。【see ‘100 Years of Quantum Mysteries,‘ by Max Tegmark and John Archibald Wheeler; Scientific American, February 2001】只有一些量子引力方面的理论物理学家对统一性提出置疑,其中一个观点是蒸发中的黑洞有可能破坏统一性,应该是个非统一性过程。但最近一项被叫做“AdS/CFT一致”的弦理论方面的研究成果暗示:量子引力领域也具有统一性,黑洞并不抹消信息,而是把它们传送到了别处。 如果物理学是统一的,那么大爆炸早期量子波动是如何运作的那幅标准图画将不得不改写。它们并非随机产生某个初始条件,而是产生重叠在一起的所有可能的初始条件,同时存在。


      4楼2011-06-29 01:10
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        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;但在马克斯·铁马克的平行宇宙理论里,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,而有些人工智能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;对于将人类理解之外的事物予以分类也可能会招致批评。编辑本段小说里的平行宇宙
        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。编辑本段时空逆流
        在科幻小说中,经常有通过时空旅行来改变过去和未来的情节,时空逆流是一种祖父悖论中可能出现的情况,即你如果回到过去杀死了你的祖父,那么你就不会出生,但是你是客观存在的,那么就会出现两个平行宇宙: 你没有改变过去,或者你祖父没有死,一个你存在的宇宙。 你杀死了你的祖父,一个你不存在的宇宙。 时空逆流的观点认为:如果你进入了后者的宇宙中,你将会被排斥,可能被抛出你不存在的宇宙,或者因为宇宙的排斥发生各种不可意料的状况。编辑本段关于平行宇宙的补充
        是的,或许在这个宇宙之外,还存在着无限个平行宇宙,但是,当一个平行宇宙中的人在某种方式下进入了另外一个平行宇宙,有可能会导致这两个宇宙发生不平衡关系,导致缺失一方加速坍缩,另一方则会加速膨胀,最终导致一方因过度膨胀而爆炸,另一方则会形成一个新的黑洞,去吞噬周边平行宇宙,在这种情况下,平行宇宙会变得不再平行,最后结果就是引起整个空间的不平衡,导致所有宇宙毁灭,之后,空间会再次爆炸,当然,这个过程会持续很长时间,最终形成一个新的体系,周而复始. 在本人看来,探索平行宇宙的最好办法就是,通过某种特殊的手段,与另一平行宇宙的人取得联系,在空间交界口用超越瞬间的速度进行两人互换空间. 这样的做法会有危险,有可能会导致另一个人不适应这个平行宇宙,最终死在本不该属于他的宇宙里,结果一样会导致不平衡.


        10楼2011-06-29 01:10
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