多元宇宙：物理学家说除非我们的宇宙是众

　　宇宙会像多元宇宙中的气泡一样冒出来吗？Credit: arda savasciogullari/Shutterstock

　　据美国物理学家组织网（by Martin Rees, The Conversation）：很容易想象其他宇宙，由稍微不同的物理定律支配，其中不会出现智慧生命，也不会出现任何有组织的复杂系统。因此，我们应该对我们能够在其中出现的宇宙感到惊讶吗？

　　这是包括我在内的物理学家几十年来一直试图回答的问题。但事实证明这很难。尽管我们可以自信地将宇宙历史追溯到大爆炸后的一秒钟，但之前发生的事情却难以估量。我们的加速器根本无法产生足够的能量来复制第一纳秒的极端条件。

　　但是我们希望在那一瞬间，我们宇宙的关键特征被印了出来。

　　宇宙的状况可以通过它的“基本常数”来描述——自然界中的固定量，如引力常数(称为G)或光速(称为C)。其中大约有30个代表了粒子质量、力或宇宙膨胀等参数的大小和强度。但是我们的理论没有解释这些常数应该有什么值。相反，我们必须测量它们，并将它们的值代入我们的方程，以准确描述自然。

　　常量的值在允许复杂系统如恒星、行星、碳和最终人类进化的范围内。物理学家发现，如果我们对其中的一些参数稍作调整，哪怕只是百分之几，都会让我们的宇宙变得毫无生气。因此，生命存在的事实需要一些解释。

　　一些人认为这只是一个幸运的巧合。然而，另一种解释是，我们生活在一个多元宇宙中，其中包含不同物理定律和基本常数值的领域。大多数可能完全不适合生活。但是从统计学上来说，有些应该是对生命友好的。

　　即将到来的革命？

　　物质现实的范围是什么？我们相信它比天文学家能够观察到的领域更广阔，即使是在原则上。这个领域绝对是有限的。这基本上是因为，就像在海洋上，有一个我们看不到的地平线。就像我们不认为海洋仅仅止于我们的视界之外，我们期待星系超越我们可观测宇宙的界限。在我们不断加速的宇宙中，我们遥远的后代也永远无法观察到它们。

　　大多数物理学家都会同意，确实有我们看不到的星系，而且这些星系的数量比我们能观察到的要多。如果它们延伸得足够远，那么我们所能想象到的一切可能会一遍又一遍地重复。在遥远的地平线之外，我们可能都有化身。

　　这个巨大的(而且主要是不可观测的)领域将是“我们的”大爆炸的余波——并且很可能受我们可以观测到的宇宙部分中普遍存在的相同物理定律支配。但是我们的大爆炸是唯一的吗？

　　暴胀理论表明早期宇宙经历了一个时期，它的体积每万亿分之一万亿分之一秒翻一番，这个理论得到了真正的观测支持。它解释了为什么宇宙如此巨大和平滑，除了波动和涟漪是星系形成的“种子”。

　　但是，包括安德烈·林德在内的物理学家已经证明，在这个古老时代的不确定物理学的一些具体但似乎合理的假设下，将会有一个“永恒”的大爆炸产生——每次都产生一个新的宇宙。

　　弦理论试图将引力与微观物理定律统一起来，它推测宇宙中的一切都是由微小的振动弦组成的。但是它假设有比我们所经历的更多的维度。这表明，这些额外的维度紧密地聚集在一起，以至于我们没有注意到它们。每一种致密化都可能创造出一个具有不同微观物理学的宇宙——所以当其他大爆炸冷却下来时，它们可能受不同的定律支配。

　　因此，从更宏观的角度来看,“自然法则”可能是管理我们自己宇宙的地方性法规。

　　如果物理现实是这样的，那么就有真正的动机去探索“反事实”的宇宙——具有不同重力、不同物理等的地方——去探索什么范围或参数会允许复杂性出现，以及什么会导致不育或“死产”的宇宙。令人兴奋的是，这正在进行中，最近的研究表明，你可以想象比我们自己的宇宙对生命更友好的宇宙。然而，对物理常数的大多数“调整”会导致宇宙的死产。

　　也就是说，有些人不喜欢多元宇宙的概念。他们担心这将使解释这些常数的基础理论的希望变得像开普勒将行星轨道与嵌套的柏拉图立体联系起来的数字探索一样徒劳。

　　但是我们的偏好与物理现实的实际情况无关——所以我们当然应该对即将到来的宇宙大革命的可能性持开放态度。首先，我们有了哥白尼式的认识，即地球不是太阳系的中心——它绕着太阳转。然后我们意识到在我们的星系中有数不清的行星系统，在我们可观测的宇宙中也有数不清的星系。

　　那么，我们的可观测领域——实际上是我们的大爆炸——有没有可能是一个更大、更多样的整体中的一小部分呢？

　　物理还是玄学？

　　我们如何知道我们的宇宙有多不典型？为了回答这个问题，我们需要计算出每个常数组合的概率。这是一个我们还不能打开的难题——它将不得不等待巨大的理论进步。

　　我们最终不知道是否还有其他大爆炸。但它们不仅仅是形而上学。也许有一天，我们有理由相信它们的存在。

　　具体来说，如果我们有一个理论，可以描述超早期大爆炸极端条件下的物理学——如果这个理论已经以其他方式得到证实，例如通过在粒子物理学的标准模型中推导出一些无法解释的参数——那么如果它预测了多次大爆炸，我们应该认真对待它。

　　批评者有时认为多元宇宙是不科学的，因为我们永远无法观察到其他宇宙。但我不同意。我们无法观察黑洞的内部，但我们相信物理学家罗杰·彭罗斯关于那里发生的事情的说法——他的理论通过与我们可以观察到的许多事情相一致而赢得了信任。

　　大约15年前，我在斯坦福大学的一个小组中被问到我们对多元宇宙概念有多认真——在“你会拿你的金鱼、你的狗或你的生命打赌”的尺度上。我说我几乎和狗一样。林德说他几乎赌上了自己的生命。后来，物理学家史蒂芬·温伯格被告知此事，他说他“很乐意拿马丁·里斯的狗和安德烈·林德的生命打赌”。"

　　可悲的是，我怀疑林德、我的狗和我在找到答案之前都会死。

　　事实上，我们甚至不能确定我们理解了答案——就像量子理论对猴子来说太难了。可以想象的是，机器智能可以探索一些弦理论的几何复杂性，并吐出，例如，标准模型的一些一般特征。然后我们会对这个理论有信心，并认真对待它的其他预测。

　　但是我们永远不会有“啊哈”顿悟的时刻，这是理论家最大的满足。最深层次的物理现实可能如此深奥，以至于它的解释将不得不等待人类之后的物种——根据口味，这可能是令人沮丧或令人兴奋的。但是没有理由把多元宇宙斥为不科学。