對於第一層平行宇宙是什麼樣的,張曉辰也曾走過自己的見解和認知。
對世界的物理描述傳統上分為兩部分:初始條件,以及決定初始條件如何演化的物理定律。住在第一層平行宇宙的觀察者和我們觀察到完全相同的物理定律,但初始條件卻和我們所在的哈勃體積中的不同。
比較看好的理論認為,初始條件早期的密度和不同類物質的運動)由暴脹時代的量子波動所產生。量子力學形成了實際上是隨機的初始條件,產生了被數學家稱為遍歷隨機場ergodicrandofied)所描述的密度波動。
遍歷意味著,如果你假想一個許多宇宙的集合,每個宇宙都有著自己隨機的初始條件,在一個給定提及範圍內出現各種結果的機率分佈,和你在同一個宇宙的不同體積取樣得到的機率分佈是一樣的。也就是說,任何在原則上可以發生在這裡的事情,在其他的某個地方實際上就會發生。
暴脹實際上導致了所有機率不為零的可能的初始條件,最可能的是那些波動在105量級,均勻分佈的初始條件。這些波動被引力聚集gravitationacustering)過程加強放大,從而形成星系、恆星、行星以及其他結構。
這意味著,不僅幾乎所有可以想象的物質構成都發生在某個遙遠的哈勃體積內,而且我們應該認識到,我們的哈勃體積是相當典型的——至少在那些包含觀察者的哈勃體積中是典型的。
一個粗略估計顯示,距你最近的那個和你一模一樣的人將遠在10(1029)米之外。而在10(1091)米外才會有一個半徑100光年的區域,它裡面的一切與我們居住的空間完全相同,也就是說未來100年內我們的所有經歷都會和我們的副本一致。
而至少10(10115)米之外該區域才會增大到哈勃體積那麼大。
這就引起了一個有趣的哲學問題,它不久之後將會困擾我們:如果真的存在那麼多和“你”有完全一樣的經歷和生活的副本,即使你掌握了整個宇宙態的完全知識,你也不能計算你自己的未來。原因是,你將不能決定哪一個副本才是“你”他們都自認為是)。
但他們的人生最終將是不同的,所以你最多隻能預計你今後各種經歷的機率。傳統決定論的觀點就此終結。
怎樣證明或證偽一個平行宇宙理論?
平行宇宙這一理論是不是屬於形而上學而非物理。
正如卡爾·波普爾karpopper)所強調的,物理和形而上學的區別就在於,理論是否能被實踐證明和證偽。一個理論包含不可觀測的實體,本質上並不能說明它不可檢驗。
例如,一個理論宣稱666個平行宇宙,每個都缺少氧,從這個理論可以做出可檢驗預言,那就是我們在這裡應該不能觀測到氧,所以這個理論能被觀測排除。
一個更嚴肅的例子是,第一層平行宇宙的框架常常被用來排除現代天文學的理論,雖然很少有人明確地那麼說。<b圖上溫度高和溫度低的點都有一個特徵尺度,這一尺度取決於空間曲率,觀測到的點都過大,不符合先前流行的“開放宇宙”模型。
但是,平均的點的大小在每個哈勃體積上有些隨機的差別,所以做到統計精確是很重要的。當宇宙學家說開放宇宙模型以99.9的置信度被排除時,他們真正說的是,如果開放宇宙模型是正確的,那麼顯示出我們所觀測到大小的b點的哈勃體積少於總數的千分之一——所以擁有無限多哈勃體積的模型就被排除了,即使我們只在自己的特殊哈勃體積中當然)顯示了b圖。
從這個例子上得到的經驗是:平行宇宙這一理論可以被實踐證明或證偽,但這要求理論給出平行宇宙集合的預言,並給出其機率分佈或更一般的,給出數學家所說的測量)。
接下來將會看到,解答測量問題不容易,有些平行宇宙理論中,這一問題還沒有得到解決。
第二層:後暴脹泡沫
即其他後暴脹泡沫,具有不同的有效物理定律、物理常數、時空維度、粒子種類。
若覺得第一層平行宇宙太大,簡直無法容忍。那麼試著想象一下無窮多個完全不同的宇宙每個在圖1.1用一個泡沫表示),這些宇宙甚至有不同的維度和物理常數。
這就是現在流行的混沌暴脹理論所預言的,我們稱之為第二層平行宇宙。這些宇宙屬於不同的範疇,離開得比無限遠還要遙遠,也就是說即使你以光速前進無窮長的時間也到不了那裡。
原因是,我們的第一層平行宇宙團和鄰近的第一層平行宇宙團之間的空間仍在暴脹,空間延展和創造新體積的速度遠大於你能穿過它的速度。不過,你可以到達任意遠的第一層平行宇宙,只要你足夠耐心,而且宇宙膨脹減速的話。
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第二層平行宇宙的存在的證據:
到20世紀70年代,大爆炸模型,已經被證明是一個成功解釋了我們宇宙的大部分歷史的理論。它揭示了原始火球怎樣膨脹並冷卻,在40萬年後怎樣變得透明,怎樣發出宇宙微波背景輻射,並透過引力聚集過程形成密度起伏,產生了星系、恆星和行星。但仍然存在惱人的問題,最初到底發生了什麼。
是無中生有嗎。所有那些超重粒子,例如粒子物理預言的磁單極子,早期時應該在哪裡被創造“磁單極子疑難”)。
為什麼空間是現在這麼大,這麼老,這麼平坦,而一般的初始條件都預言在1042秒量級之後,彎曲度會隨時間增長,密度要麼趨於0要麼趨於無窮大“平坦性疑難”)。<b溫度都是基本一致的“視界疑難”)。又是什麼機制產生了在105水平上的原始密度起伏,從而長出所有宇宙結構。
暴脹過程一舉解決了所有這些疑難,成為關於宇宙極早期的最流行理論。暴脹是空間的快速拉伸,它稀釋了磁單極子和其他殘餘物,使空間就像一個膨脹氣球的表面一樣平坦均勻,並使量子真空波動演變成宏觀大的密度波動從而形成星系。<b觀測顯示,空間是極端平坦的,並測出初始波動具有近乎隨尺度不變的波譜,沒有物質的引力波成分,所有這些都和暴脹所預言的完全一致。
暴脹是很多基本粒子理論中的普遍現象。在流行的混沌暴脹模型中,暴脹在空間的某些區域停下來,使得我們所知的生命能夠出現,同時量子波動導致其他區域暴脹得更快。
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