今天尝试一下不同的题材,就是讲一下《穿越平行宇宙》这本书。
作者迈克斯·泰格马克是MIT物理系终身教授,平行宇宙理论世界级研究权威,获得过《科学》杂志“2003年度突破奖”第一名,被誉为“最接近理查德·费曼的科学家”“当今最具原创力的物理学家之一”。
“平行宇宙”这个词我们已经不陌生了,它在电影里出现过许多次,《彗星来的那一夜》《蝴蝶效应》《银河系漫游指南》《奇异博士》,以及即将在中国上映的《蜘蛛侠3:英雄无归》都出现了这个主题。
在另外的宇宙中,存在一个甚至无数个你,过着与现在完全不同的生活……
迈克斯·泰格马克教授告诉我们,这一切都可能发生!无数的宇宙可分为四层多重宇宙,每一层多重宇宙又包含着无数个平行宇宙。
本书提出了一个惊人的理论,那就是:平行宇宙并不只是科幻片中的概念,而是真实存在的。
平行宇宙是什么?你可以理解为在另一个宇宙中,社会的历史发展呈现出来的是与我们的社会平行,但完全不同的轨迹。在另一个时空里,灭霸完成了他的宿命,复仇者们也没有实现量子穿梭;或者不是达尔文发现了物种起源,而是牛顿。
你是否想过,在亿万光年的宇宙中,会不会有另一个“你”存在?你们或许在关键的人生节点做出了不同的选择,从此走上了完全不同的道路。
在21世纪以来,科学界严肃看待这个问题,平行宇宙的存在与否已经毋庸置疑了,问题在于它有几层,以及有哪些类型的平行宇宙,科学发展到了今天,我们已经可以用前沿的物理学和宇宙学的知识,来解释小说、电影里的平行宇宙了。
泰格马克告诉我们:我们所处的宇宙仅仅是广阔空间中的一个小角落,其他的宇宙,藏在我们肉眼看不见,甚至连科技都探测不到的地方。
我不推荐你去读这本书,因为它涉及大量复杂的宇宙学理论,包括暗物质、暗能量、量子力学、数学结构等等。
想要了解平行宇宙,就必须了解暴胀理论,泰格马克说,就像双十一买东西总会赠送点试用装一样,平行宇宙其实是暴胀“大礼包”中的附带品。
这个名词听起来很陌生,其实它和我们熟悉的宇宙大爆炸有关,我们知道,宇宙起源于一场炽热的大爆炸,这是由1929年美国天文学家哈勃观测发现:我们周围的星系都在离我们远去,而且退行速度和距离成正比。这就是著名的哈勃定律,它证实了俄国著名物理学家弗里德曼在1922年提出的膨胀宇宙理论。
泰格马克说,
正如牛顿证明太阳系的自然状态就是永恒运动,比如地球和月球不可能永远保持静止一样,弗里德曼的研究也揭露出,宇宙的自然状态是永恒运动的。
那宇宙是怎样运动的呢?作者举了烤箱中的蛋糕做例子,随着蛋糕的不断膨胀,蛋糕顶上的巧克力片也不断分离。在这个理论中,过去存在一个时间点,宇宙处于一个高温、高压和高密度的状态,我们看到的万事万物,都处在同一个点上,我们称之为“奇点”,宇宙在一次大爆炸中从奇点膨胀开来。
后来,在1980年,麻省理工学院的物理学家阿兰·古斯提出了暴胀理论,他认为,宇宙在初期的一段时间里,以极大的速率膨胀,这个快速膨胀的过程就叫做“暴胀”。你可以把它想象成干细胞或者胚胎细胞在开始分裂的样子,一开始分裂速度非常快,后来随着分裂能力减弱,速率也慢了下来。
暴胀理论告诉我们,所有物质在宇宙早期都被挤压在一个极端靠近的地方,作者提到,这种暴胀其实没有停下来,永远都在创造出新的空间。
暴胀本身的性质是永不停歇的,这就是宇宙学家安德烈·林德所命名的“永恒暴胀”。随着研究的深入,科学家发现大爆炸只是更大宏大事物的一小部分,我们所认为的“宇宙的开端”,只是我们单个宇宙暴胀的结束,也就是说,在我们所处的宇宙之外,暴胀还会进行,而且是永远进行下去,再孕育出无限个宇宙。
了解暴胀理论,平行宇宙就理解了一半了,接下来介绍前面说的四层多重宇宙。
我们知道,在我们所处的宇宙之外,还有无穷的空间在无限膨胀,而第一层与第二层的宇宙就是源于这种永恒暴胀。
第一层平行宇宙和我们的宇宙相似,那里有和我们一样的星系、地球,里面还有一样海洋、陆地、森林、湖泊、生物,在第一层平行宇宙的居民来看,他们眼中的物理定律和我们是相同的,但是初始条件与我们不同。
这就是说,我们有着同样的万有引力、能量守恒定律,但是初始设定,比如粒子的位置略有不同,就会完全改写宇宙历史。或许在他们的宇宙中,就像我前面说的,达尔文没有发现物种起源,而是牛顿,或许恐龙没有灭绝,或许人类进化的时间晚了几百年……
那么在第一层宇宙中,是否存在同一个“你”呢?答案是肯定的,泰格马克告诉我们,在永恒暴胀创造出来的无限空间中,只要是遵循物理定律的事,就一定会发生,而且发生的次数为无穷大。所以你完全可以穷尽你的想象力,因为它出现的次数,远远超过你想象自己会成为什么样的次数。
那么这样的“你们”是否会相遇呢?作者说,
首先想要找到两个完全相同的宇宙,你可能需要逐个检查10的10又118次方个宇宙,这个几乎不可能。第二,我们与平行宇宙的距离非常遥远,以目前的能力来说,没有人可以观测到任何一个平行宇宙。第三,永恒暴胀的速度太快了,人类观测设备的进步可能永远也跟不上暴胀的速度。
接下来,就是第二层多重宇宙。
作者说,
从粒子的微观世界,到太阳的质量,我们的宇宙似乎经历了某种精细的微调,只要有一项有细微差别,可能根本不会有地球存在。这就是宇宙的微调性。
作者从宇宙的微调性推测出第二层多重宇宙的存在,那些“微调”过的数值改变了,我们习以为常的物理定律就发生了变化。
可能人类可以生活在海洋里,那里氧气可以进入水中。对鱼来说,水只是一种介质,我们就像鱼一样,身处某种不变的物理定律当中,还没有意识到还有别的可能性。
第二层多重宇宙的空间状态和物理定律都与我们很不一样,是我们永远也无法抵达的另一个世界。
接下来,进入第三层多重宇宙,我们先暂时忘掉暴胀理论,来进入到微观的世界。
泰格马克告诉我们,第三层宇宙被称作“量子平行宇宙”,存在于一个叫“希尔伯特”的抽象空间中。希尔伯特空间,就是拥有无限维度的空间。
拿薛定谔的猫来解释,作者是这样说的:
把猫关在一个盒子里,盒子里放置一罐剧毒的氰化物,罐子的开关和一个放射性原子相连,如果这个放射性原子发生衰变,罐子就会打开,释放氰化物,杀死猫。
用平行宇宙的概念解释,那就是猫同时分裂成了两个不同的版本,他们都真实存在,一只活着,一只死去,但它们都位于两个不同的量子平行宇宙。这两个宇宙中,其他所有方面都是一致的,唯一的差别是其中一个版本,原子衰变,猫死了,另一个版本中,原子没有衰变,猫活着。
作者说:
这种分裂从大爆炸的时刻开始,并持续不断地进行着,快速地分裂出无数多个量子平行宇宙。也就是说,我们或许在出生的那一刻,便分裂成了无数个平行宇宙。理论上来讲,我们人生的所有可能性都在量子平行宇宙中变成了现实。
前面三层宇宙都是科学界讨论已久的假说,第四层则是泰格马克本人首次提出,这就是他的“数学宇宙假说”。这是他在专业领域最大的突破之一,也是四层平行宇宙中最大胆、最抽象的那一个。
他认为,宇宙并不只是被数学所描述,宇宙本身就是数学,我们所知的一切都是由数学结构组成的,包括你我在内。
作者认为,当我们剥开一层层表象而看到存在的终极结构时,便会发现并没有什么像颜色、质地这样所谓的“内禀性质”,有的只是数字、集合、信息、模式等一系列抽象的数字关系;从宏观上来讲,数学结构是永恒不变的,它们并不存在于时间和空间中,而是时间和空间存在于数学结构之中。所以说,前三层宇宙都遵循着相同的数学公式,而第四层宇宙就涉及不同的公式,对应着不同的数学结构。
目前这一假设还停留在理论阶段,但为物理学界开辟了一个终极脑洞。
数学宇宙就是泰格马克对世界的终极思考,或许这也是平行宇宙的终极形式,在此之上,或许就是人类想象力都无法触及的天地了。
茫茫宇宙之中,人类的存在似乎微不足道,但对我们自己的宇宙来说,却承担着重要的使命,或许就像作者说的那样:并不是宇宙赋予了生命以意义,相反,是生命将意义赋予了宇宙。