多重宇宙：“平行世界”存在吗？ - (EPUB全文下载)

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书籍内容：

多重宇宙：“平行世界”存在吗？
《环球科学》杂志社 著
中信出版社
目录
第一部分 未知的世界
多重宇宙存在吗
多重宇宙研究简史
探寻多重宇宙的证据
第二部分 探索
超越时代的 “平行世界”之父
5大超难科学挑战
时间冻结难题： 物理学的漏洞？
第三部分 多重维度
到宇宙之外寻找生命
二维空间的 量子引力
原初引力波： 窥视宇宙真相
第四部分 时间与宇宙
时间旅行的量子之门
时间有没有开端
绝对位置不存在？
时间始于黑洞
第五部分 我们的世界从何而来
变化的宇宙常数
宇宙暴胀的核心漏洞
宇宙暴胀研究简史
第一部分 未知的世界
多重宇宙存在吗
我们所处的宇宙并非唯一，在我们看不到的地方，有无数与我们的宇宙相同或不同的平行宇宙——这个多重宇宙理论早已为多数物理学家所熟知、接受。但是，研究爱因斯坦相对论的顶尖学者、与霍金合著物理巨著《时空的大尺度结构》的埃利斯却怀疑多重宇宙是否存在，认为这个理论可能永远无法验证……
撰文　乔治·F·R·埃利斯（George F. R. Ellis）
[1]
翻译　谢懿
[2]
审校　李淼
[3]
过
去十年里，有一个不寻常的声音让宇宙学家着迷：我们能看到的这个膨胀着的宇宙不是唯一的，还存在着数十亿个别样的宇宙。不是一个宇宙，而是多重宇宙。在《科学美国人》的文章、布赖恩·格林（Brian Greene）的新书《隐藏的真实》（Hidden Reality）等报道和书籍中，顶级科学家正在谈论一场超越哥白尼“日心说”的革命。从这个角度来说，不仅地球只不过是众多行星中的一员，就连我们的宇宙在大尺度上也无足轻重。它只不过是各自为营的无数宇宙中的一个。
“多重宇宙”（multiverse）这个词具有不同的含义。天文学家可以看到大约420亿光年远的地方，那里是我们目前能看到的最远地方（即可见视界）。但我们没有理由认为宇宙会在那里终止。在它之外可能存在许多极为相似的宇宙（甚至无穷多个），每一个都具有不同的初始物质分布，但都由相同的物理定律操控。今天，几乎所有宇宙学家（包括我）都接受这种多重宇宙的观点，马克斯·蒂格马克（Max Tegmark）称其为“第1层”（level 1）。然而，有人走得更远。他们提出，完全不同类型的宇宙是存在的，它们具有不同的物理定律、不同的历史，也许还有不同的空间维数。虽然其中一些会充满生命，但绝大多数都是不毛之地。这种“第2层”（level 2）多重宇宙观点的支持者主要是亚历山大·维兰金（Alexander Vilenkin）。他描绘了一幅生动的画面：在无穷多个宇宙中有无穷多个星系，无穷多颗行星，以及无穷多个和你同名的人在看这篇文章。
自古以来，许多文化中都有类似的观念。不同的是，多重宇宙的主张是一个科学理论，这意味着该理论具有数学上的严谨性和实验上的可检验性。但我对这个说法表示怀疑。我不相信其他宇宙的存在已经得到了证明——或者有一天能够被证明。多重宇宙的拥护者，以及大幅扩大了物理现实概念的人，无疑正在重新定义“科学”的含义。
多重宇宙是否存在
20世纪90年代末，平行宇宙的概念从科幻小说跃入了科学期刊中。许多科学家声称在我们可见视界之外存在着不计其数的其他宇宙，每一个都拥有自己的物理定律。它们被总称为多重宇宙。
问题是，永远也不会有天文观测能看到这些宇宙，这些论据最多也是间接的。而且，即使多重宇宙存在，它也是大自然最神秘的未解之谜。
跨越视界
那些赞成广泛意义上的多重宇宙的科学家，对于多重宇宙如何产生，以及它们位于何处，有着不同的看法。这些宇宙可能都位于远离我们的空间区域中，就如艾伦·古斯（Alan Guth）、安德烈·林德（Andrei Linde）等人的混沌暴胀模型（chaotic inflation model）所预想的一样。按照保罗·J.·斯坦哈特（Paul J. Steinhardt）和尼尔·图罗克（Neil Turok）提出的循环宇宙模型（cyclic universe model），它们也可能存在于不同的时期。戴维·多伊奇（David Deutsch）提出，其他宇宙和我们现在这个宇宙可能存在于同一空间，但具有不同的量子波函数。蒂格马克和丹尼斯·西阿玛（Denis Sciama）则认为，其他宇宙也许根本不和我们的时空相连。
在这些选项中，最受认可的是混沌暴胀，本文中我会集中讨论它（不过，我在文中的绝大多数评论也适用于其他多重宇宙理论）。混沌暴胀理论认为，大尺度上的空间会永远膨胀，其中的量子效应会不断产生新的宇宙，就像小孩吹泡泡一样。暴胀的概念可以回溯至20世纪80年代，物理学家根据弦理论（string theory）——用于阐释自然本质的最全面的理论，已经对暴胀进行了详细解释。弦理论允许宇宙泡之间看上去大相径庭。实际上，不仅每个宇宙都始于随机的物质分布，而且还具有随机的物质类型。我们这个宇宙包含电子和夸克等能通过电磁力相互作用的粒子，而在其他宇宙中，基本粒子和作用力则可能截然不同——这也意味着不同的物理定律。把所有局部的物理规律集合起来，就构成了“景观”（landscape）。在弦理论的一些解释中，“景观”的内容极为宽泛，确保了宇宙的巨大多样性。
谈论多重宇宙的许多物理学家，尤其是拥护弦景观（string landscape）的人，并不关心平行宇宙（parallel universes）本身。对他们来说，其他人对多重宇宙这一概念的反对意见并不重要。他们的理论能否存在，取决于理论能否自恰（consistency），或者最终能否得到实验的验证。他们根据自己的理论，推想出了一个多重宇宙的场景，却没有想过这个场景是如何产生的——但宇宙学家却很关心这一过程。
对一个宇宙学家而言，所有多重宇宙假说的基本问题是，我们的宇宙存在一个视界（visual horizon）。这个视界限制了我们所能看到的最远距离，因为，从宇宙创生至今，在某个遥远的地方，以光速（它是有限的）向我们传播的信号，跟本没有足够的时间抵达我们这里。所有的平行宇宙都位于我们的视界之外，无论技术如何进步，我 ............

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