多元宇宙有多真实?

多元宇宙有多真实?

想象一下乘坐火箭出发离开地球。离开太阳系。离开我们的银河系。突破可观测宇宙的边缘,把我们的宇宙抛在脑后(这是不可能的,因为你必须比光速走得更快,但在这里和我一起工作)。

现在,你在深不可测的虚空中游弋了亿万年,却来到了另一个宇宙,里面有另一个星系,另一个太阳系,另一个地球……还有另一个你,坐在那里,阅读这篇文章。

这就是多元宇宙,它可能是对定义宇宙起源的物理理论的自然预测。或者它可能不会。正如新的研究表明的那样,这很难说。

一个古老的大宇宙

宇宙学家在很大程度上相信,当我们的宇宙非常年轻时——不到一万亿分之一秒的一万亿分之一秒——它绝对疯了。在最微小的时刻(再次涉及万亿分之一秒),宇宙变得非常非常大。

多大?很难说清楚,因为这个概念是高度假设的,但“比你想象的要大得多”就足够了。这个事件的大多数模型,称为暴胀,要求宇宙至少比可观察到的宇宙体积大 10^52 倍。由于那个可观测的斑块已经有 900 亿光年宽,这意味着我们宇宙的真实范围是如此之大,几乎无法理解。

暴胀解决了标准大爆炸宇宙学(一种描述宇宙如何开始的模型)中的许多问题,例如宇宙中相距甚远的区域具有大致相同的温度这一事实。根据通货膨胀理论,在通货膨胀将它们撕裂之前,这些地区曾经更加舒适并且彼此非常了解。

通货膨胀还有另一个潜在的后果:它可能无法完成。事实上,它可能永远不会完成。这被称为“永恒的膨胀”,这个想法描述了宇宙在最大规模的情况下可能总是在膨胀,只有微小的口袋被挤压,变成像我们自己一样的正常、稳重的斑块。每个被挤压的岛屿宇宙都会被一个巨大的虚无鸿沟隔开,这些岛屿以比光速更快的速度远离彼此(因为这就是暴胀的作用)。

这些岛屿宇宙,嵌入在更大的“多元宇宙”中,永远不会相遇,也永远不会相互交谈。事实上,要找到它们存在的直接证据是不可能的。

充气或不充气
如果没有那个直接证据,我们至少可以对多元宇宙是否可能存在有根据的猜测吗?如果我们只是一个巨大浴缸中的一个气泡,里面装满了膨胀速度超过光速的泡沫,我们怎么能弄明白呢?

第一步是测试通货膨胀。陪审团仍然没有定论,但有一些证据表明早期宇宙发生了暴胀之类的事情。宇宙微波背景的波动,或我们的宇宙在 38 万年前开始冷却时释放的光,其模式与你在暴胀发生时所看到的情况相匹配。没有其他关于早期宇宙的理论与这种光模式相匹配。

所以这很好。但“通货膨胀”并不是一个单一的理论。它更像是一类或一类理论。不同的模型假设了该事件的不同物理原理、不同驱动因素、不同原因和不同影响。由于所有这些理论都基于早期宇宙极端物理学的假设模型,因此现在判断哪些理论(如果有的话)是正确的还为时过早。

物理学家怀疑永恒暴胀是通用的,这意味着大多数(如果不是全部)暴胀模型的结果。因此,根据这种怀疑,如果暴胀是正确的,那么永恒暴胀也可能是正确的,多元宇宙可能是真实的。

判断多元宇宙

不用说,多元宇宙的存在是一个非常大的药丸。如果永恒暴胀是正确的,那么不只是一个宇宙,或许多宇宙,而是无数个袖珍宇宙。每个人都可能支持自己的物理定律和粒子排列。因此,如果排列物质和能量的方法数量是有限的——你可以构建一个宇宙的方法只有这么多——那么无限的多元宇宙需要相同物理情况的重复副本,即使任何特定的物理配置组合非常罕见.

这意味着有一个你的副本,在有限(但很远)的距离之外。另一个副本过去了。还有一个。还有一个。无数人在做同样的事情。

但我们只能说,如果永恒暴胀确实是通用的(即,大多数(如果不是全部)暴胀模型的一个共同特征),那么多元宇宙是可能的,这正是一组物理学家在最近发表的一篇论文中所声称的。预印数据库arXiv并提交给宇宙学和天体物理学杂志。他们将大量的膨胀模型放入研磨机中,改变模型的类型和模型参数,计算哪些是一次性的,哪些导致了永恒的膨胀和多元宇宙。

他们的回答是:这很复杂。

首先,他们发现永恒膨胀并不像最初想象的那么普遍。他们对为什么宇宙学家认为永恒暴胀是普遍现象的解释是因为那些早期的宇宙学家只研究了有限的一组模型。他们发现许多可行的通货膨胀模型(这里的“可行”意味着它们与观察结果并不明显矛盾)并没有导致永远膨胀的情景。

然而,研究人员发现,甚至很难掌握测量永恒暴胀等事物的“共性”的方法,因为我们没有很好地掌握暴胀模型及其工作原理。他们争辩说,不可能用一个单一的答案来回答通用性问题,因为关于暴胀物理学,我们还有很多东西要学习。

那么,还有其他人在阅读这篇完全相同的文章吗?科学说:这很难说。

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