平行宇宙 / 平行世界(Parallel universes)

 

平行宇宙(Parallel universes),或者叫多重宇宙論(Multiverse),指的是一種在物理學裡尚未證實的理論,根據這種理論,在我們的宇宙之外,很可能還存在着其他的宇宙,而這些宇宙是宇宙的可能狀態的一種反應,這些宇宙可能其基本物理常數和我們所認知的宇宙相同,也可能不同。平行宇宙這個名詞是由美國哲學家與心理學家威廉·詹姆士在1895年所發明的[1]。

平行宇宙經常被用以說明:一個事件不同的過程或一個不同的決定的後續發展是存在於不同的平行宇宙中的;這個理論也常被用於解釋其他的一些詭論,像關於時間旅行的一些詭論,像「一顆球落入時光隧道,回到過去撞上了自己因而使得自己無法進入時光隧道」,解決此詭論除了假設時間旅行是不可能的以外,另外也可以以平行宇宙做解釋,根據平行宇宙理論的解釋:這顆球撞上自己和沒有撞上自己是兩個不同的平行宇宙。

平行宇宙的分類

在2003年的《科學美國人》雜誌裡,有一篇由美國宇宙學家馬克斯·鐵馬克(Max Tegmark)為寫的關於平行宇宙的專文,文中他將平行宇宙分成四類[2][3]:
1.第一類:這類的宇宙和我們宇宙的物理常數相同,但是粒子的排列法不同,同時這類的宇宙也可視為存在於已知的宇宙(可觀測宇宙)之外的地方;
2.第二類:這類的宇宙的物理定律大致和我們宇宙相同,但是基本物理常數不同;
3.第三類(艾弗雷特(Hugh Everett III)的多世界詮釋):根據量子理論,一件事件發生之後可以產生不同的後果,而所有可能的後果都會形成一個宇宙,而此類宇宙可歸屬於第一類或第二類的平行宇宙,因為這類宇宙所遵守的基本物理定律依然和我們所認知的宇宙相同(以上「一顆球落入時光隧道,回到了過去撞上了自己因而使得自己無法進入時光隧道」詭論的平行宇宙解決辦法屬於此種);
4.第四類:這類的宇宙最基礎的物理定律不同於我們宇宙,而基本上到第四類為止,就可以解釋所有可能存在(也就是可想像得到的)的宇宙,一般而言這些宇宙的物理定律可以用M理論構造出來。

無窮宇宙中存在有大量的可觀測區(有着紅色十字中心的紅圈)
我們的「宇宙」不過是其中的一個可觀測區而已。

無窮宇宙和開放宇宙理論

開放宇宙理論認為,我們目前所知的宇宙只是整個宇宙中可觀測的一小部份,在這個部份之外,整個宇宙尚有無限大的未被觀測的空間;根據相對論,光速為宇宙最快的速度,我們所看到的部份(可觀測宇宙)為已經到達地球的光線,而我們所觀測到的範圍又被稱做哈伯體積,哈伯體積直接取決於宇宙的年齡(因為若宇宙誕生於n年前,則能到達地球的光線最遠只能在n光年處,再更遠的光線則尚在路途上,故未能被地球上的觀測者所觀測),哈伯體積的膨脹是因為有越來越遠處的光線到達地球。開放宇宙理論說明了第一類平行宇宙的可能性。

泡沫宇宙理論

泡沫宇宙理論認為存在有無限多的開放宇宙,而這些開放宇宙本身有着不同的物理常數,這些開放宇宙的「距離」比我們的開放宇宙的「邊緣」還要遠,意即這些宇宙存在於無窮遠的地方之外。這個理論由安德烈·林德最早提議,而泡沫宇宙理論本身能和暴脹理論在相當程度上契合,而這個理論本身牽涉到了宇宙可能是由某個「親宇宙」的量子泡沫,中所誕生的可能,而這些量子泡沫產生於能量的起伏,這些能量的起伏可能會產生微小的「泡沫」和蟲洞,若這些「泡沫」本身不是非常地巨大,則它們會像膨脹的汽球一般,到了最後消失無蹤,不過如果能量起伏大於某個常數,那麼這個泡沫就會不斷地膨脹,甚而產生一個「子宇宙」,而「子宇宙」的體積可能會大到足以讓宇宙大尺度結構存在的地步。

大反彈和振蕩宇宙理論

根據迴圈量子重力理論,大爆炸可能只不過是宇宙的膨脹和收縮時期組成的週期中,一個新的膨脹時期的開始而已,每個週期開始於大爆炸、結束於大擠壓(Big Crunch),而這個週期的輪迴是無限的,這個模型被稱為是振蕩宇宙,在大爆炸之後宇宙膨脹,而之後在重力的作用之下宇宙開始收縮,然後接着是大擠壓,在大擠壓之後的下一次大爆炸被稱為大反彈,雖然這個模型曾經一度被否決,但是膜宇宙論近年來已重拾此模型(振蕩宇宙模型)。在每個週期中宇宙可能會有不同的宇宙常數,而因此這些不同週期時的宇宙可視為第二種平行宇宙。泡沫宇宙理論和大反彈理論使得第二種平行宇宙的存在成為可能。

「泡沫宇宙」示意圖,宇宙1到宇宙6各自有自己的物理常數
我們的「宇宙」不過是其中的一個「泡沫」而已。

量子力學的多世界解釋

量子力學的多世界解釋是一種主要的量子力學解釋,在由此解釋方式中的眾平行宇宙共有一個關於時間的變數,而這些平行宇宙彼此之間有着相同的起源,而這些宇宙彼此之間的基本物理定律相同,但物理常數可能會有所不同,而它們亦可能處於不同的狀態,而且這些宇宙彼此之間沒有任何的聯繫,因此它們彼此之間沒有任何訊息互通,這些宇宙彼此之間的關係由它們之間的疊加態決定。此理論為第三類平行宇宙的基礎。

M理論

根據M理論,我們的宇宙很可能是產生於11維薄膜的碰撞與撕裂當中,基本上由此產生的宇宙可以和多世界詮釋裡所說的宇宙極為不同的宇宙。由M理論可推出第四種平行宇宙的存在。

弦論「地景」

根據IIB型(Type IIB)的弦論,從十維弦論的世界到我們所知的四維世界有極多種的變換方式,而不同的變換方式會產生相當不同的宇宙。

小說裡的平行宇宙

一些小說,尤其是科幻小說,喜歡以平行宇宙做為故事的內容,有時有些人會以平行宇宙來探討「若一個歷史的事件的結果或過程和我們所知的不同,那麼世界會變成怎樣」這類的主題,並因此寫出一篇故事來說明可能的發展,例如中國大陸在2012年以前風行的穿越劇。

時空逆流

在科幻小說中,經常有通過時空旅行來改變過去和未來的情節,時空逆流是一種祖父悖論中可能出現的情況,即你如果回到過去在你的祖父與你的祖母進行造成你祖母懷孕的那次性行為前殺死了你的祖父,那麼你就不會出生,但是你是客觀存在的,那麼就會出現兩個平行宇宙:

1.你沒有改變過去,或者你祖父沒有死,一個你存在的宇宙。

2.你殺死了你的祖父,一個你不存在的宇宙。

時空逆流的觀點認為:如果你進入了後者的宇宙中,你將會被排斥,可能被拋出你不存在的宇宙,或者因為宇宙的排斥發生各種不可意料的狀況。
 

平行世界理論

        根據平行世界理論,在我們的宇宙之外還存在著無數宇宙,且其中一個宇宙與我們的宇宙極為相似。在宇宙之外的一個宇宙中,有一個星係與銀河系具有非常顯著的相似之處,在這個星系的一條旋臂上,存在著一個恆星系統,這個系統中只有一顆恆星,這顆恆星也與我們的太陽非常相似,再將鏡頭放大,在這顆恆星周圍存在著八大行星,其中第三顆行星與我們的地球非常相似,這顆行星上同樣也存在著高等直立智慧生物,其中有一個生物和您非常相似,過著同樣的生活,更重要的是,此時此刻,他與您一樣,也正在閱讀這篇文章正文第一段的最後一行。

        感到極其不可思議是吧?而事實上,根據平行宇宙理論,在某個宇宙中,就存在著無數個星系,幾乎和我們的宇宙完全一模一樣,看上去就像是我們自己一樣,在那個宇宙中,也存在著你和你的親人,還有同樣的生活方式,但是有一點必須說明:雖然在兩個宇宙中你們是非常非常的相似,幾乎相似到劃上等號,這種相似度有且只能用來描述過去發生的事件,也就是說,直到這一刻,你們可以說是絕對相同的。這些平行世界的存在,那不是無聊的炒作。比如泡沫宇宙理論、量子力學的多世界解釋以及埃弗雷特多世界理論(Everett MWI),量子力學的多世界解釋則認為宇宙是不斷分叉的。

        所有的這些理論推演都需要基於一些基本的解釋。當我們的宇宙誕生於137億年前的時候,開始不斷地加速膨脹,在宇宙中第一縷光線發出之後,就在宇宙空間中傳播開來,而宇宙最深處的光線還未到達到地球上,目前我們探測到最深的宇宙空間僅僅是在130億光年左右,也就是在宇宙誕生後的7億年左右,而在這7億年內發生的事件,還沒有直接的觀測數據。由於這些來自宇宙遙遠空間的光線還未到達地球上,使之超出了我們的對宇宙觀測的視野。然而,我們對宇宙的了解的程度而言,來自宇宙大爆炸遺留下來的輻射證實:宇宙曾經歷過一個轉瞬即逝的超高速擴張階段,科學家將這個階段稱為“暴漲宇宙”模型。簡單的說,就是宇宙在極其短的時刻(遠小於1秒),將其體積瞬間擴大,就像吹氣球一樣。而如果膨脹的速率稍微改變一點兒,那我們的宇宙就不會是現在這樣了。
因此,我們的現在觀測到的宇宙空間,更貼切的說法是類似一個泡沫,在宇宙之外還存在的無數個泡沫,也就是說,存在無數個宇宙。所有的宇宙有著同樣的或者說類似的機制進行各種限制,每個宇宙都經歷了一次大爆炸,他們都是在大爆炸中誕生,並且存在著相同的物理定律。但是,並不是說所有的宇宙都能“存活”下來,只要將大爆炸的“參數”進行細微的調整,各種宇宙就會出現不同的情況了。比如,將我們這個宇宙的膨脹速率調低,這個初始條件下的宇宙就不可能演化至今,通俗地說,如果沒有一個精確的膨脹速率,這個宇宙不是無限制的膨脹下去,就是早就坍縮沒有了,所以,重點是“恰到好處”,只要稍微有一點兒的偏差,輕則不會演化出星系和恆星,重則無法存在下去。儘管如此,要找到與我們非常相似的宇宙應該說是幾乎不可能的,只能說在概率學上,它是存在的,我們對這個“似曾相識”的宇宙的觀測,僅僅體現於概率數字上。而通過量子力學,我們會發現宇宙其實很神奇,這個理論會告訴我們一個完全不同且超越想像的故事。首先,將宇宙空間放大,我們會發現宇宙看上去像是由顆粒組成的,整個宇宙空間類似西洋象棋盤。

我們的宇宙誕生於137億年前的一次大爆炸

        在瞬間發生的大爆炸後,產生了無數個宇宙,就像同時出現了無數個泡沫,但是只有在少數地方,初始條件是精確的,這個精確性體現在這些宇宙能演化出星係等物質。在這些無數個泡沫宇宙中,每個泡沫初始條件都是不同的,都存在著細微的差別,以此類推,最終我們會發現有一個泡沫和我們非常相似,這種概率性的事件就有點兒像:給一隻猴子26個英文字母還有無限的時間,它總有一天能拼出一本莎士比亞全集。同理,既然存在著無數個宇宙,那我們的歷史同樣也有無數種不同的版本,也就是說:在某個泡沫宇宙中,某個我們這個世界熟知的歷史事件並不存在,他們那個世界絕大部分卻與我們相似,但就是唯獨缺少了那個在我們世界中人人皆知的歷史事件。從這一點出發,不僅存在著無數版本的過去,也存在著無數版本的將來。而如何才能遇到這個存在於概率數字上的泡沫宇宙呢?麻省理工的宇宙學家馬克斯(Max Tegmark)計算出了一種非常直觀方法:可以從地球出發,往宇宙的任一方向走足夠遠,最終會遇到一個這麼樣宇宙,這個宇宙中的任何細節都是你所熟知的,而且還會遇到一個和你一模一樣的“你”。但是,這個距離非常遙遠,計算結果得出:這個距離是10的1028次方米。雖然我們得到了一個距離,可以通過這個途徑去尋找“似曾相識”的宇宙。但是,有一個不好的消息,即使你有足夠的勇氣和耐心,也將無法看到另一個宇宙中的“你”。因為當你踏上這個旅程的時刻,還會有更多的宇宙出現,你踏出每一個步,都將伴隨著下一刻泡沫宇宙的出現,而這些宇宙早已擴展到離你最近的宇宙,也就是說,這個時間長度足以等滅一個宇宙中的所有恆星。值得注意的是,只有這樣才能規避這個古怪的結論,而如果我們目前的量子理論以及標準宇宙模型是錯誤的,那你將遇到另一個宇宙中的“你”。

        據位於美國馬薩諸塞州梅德福塔夫茨大學的宇宙學家亞歷山大(Alexander Vilenkin)介紹:“對於這個“無數”的問題,我一直研究了超過25年,雖然對於無數版本的歷史、無數版本的將來、還有無數個你和我存在於無數個泡沫宇宙中這個命題,未曾感到高興,根據目前的研究進展,我認為很可能是真實存在的。”需要重申的是,關於對多宇宙、平行世界理論探討是非常具有爭議性的,也是宇宙學中最基本的矛盾之一。同時,還有其他的關於“多宇宙”的理論,比如,弦理論。弦理論認為宇宙中的基本粒子都是由線形線條的弦構成,當弦處於不同的振動態時,就是表徵出不同的粒子,具有不同的振動能量時,就對應著不同粒子的能量,這樣我們的宇宙中,由於弦的具有不同的振動和能量,就有了電子、夸克等粒子形態。事實上,宇宙各種常數的精確性可能告訴我們在其他宇宙中存在著不同的物理定律,而按照量子力學對多世界理論的解釋,所有的歷史事件都是可能存在無數不同的版本,包括你在內,都將在某個宇宙中以一種不同的方式存在,就像在某個宇宙中,你可能是溫網冠軍。對於多世界理論的不同解釋,也是一部分宇宙學家的觀點。而Max Tegmark曾發表了關於平行宇宙結構層次分類的論文,但是沒有人知道如何以及是否能將這些版本進行統一。平行世界是一個在人類探索宇宙過程中,出現的一個新興的宇宙學理論,在事實被最終證實前,平行世界就像一個幽靈一樣伴隨著我們,就像十九世紀末籠罩物理學的那兩朵烏雲。

 


資料來源:
wikipedia 及奇摩部落格

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