始于大爆炸的世界胀大是一个久经实证的物理现象。在曩昔的4 0 0年间,世界还阅历了另一种胀大——智力胀大。这一胀大也以一次“大爆炸”初步——1 7世纪前期,地理学家伽利略·加利雷与约翰尼斯·开普勒等人,打破了人们之前以为的是水晶球支撑着天体使其按正确轨道运转的观念,让人们认识到,恒星及行星运转的天幕,要比之前以为的远得多;也使咱们认识到,夜空中的银河实践是咱们在地球上看到的巨大星系,太阳仅仅是其间的一般一员。
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曾有一段时间,银河系被以为是整个世界。但是,跟着地理望远镜的类型愈大,望程愈远,地理学家逐步认识到,银河系仅仅许多这类星系中的一个。今日,世界在咱们眼中是这样的:一个起源于138亿年前的、由多个星系构成的时空。
咱们了解了世界演化过程中的某些细节,但对世界的根底结构是什么仍不清楚。一些物理学家以为,已然曾被以为是绝无仅有的银河系也仅仅一个一般存在,那世界或许并不是终究的鸿沟。他们的观念是,世界是多元的。实践上,或许存在不止一种多元世界。这些结论着实远大,却难于证明。假定这些结论被证明,一些最难处理的生计问题将方便的处理。
多元世界的首要倡导者之一是麻省理工学院的马克斯·特格马克。特格马克博士提出了多元世界或许存在的四种类型,一般人最多只能了解其间的三类,但这是一个好的初步。
世界中之世界
特格马克的多元世界中最简略的一种是对咱们了解的世界的无限延伸。现在望远镜能够正常的看到很远,但光速的有限性以及世界年纪的有限性,均意味着望远镜只能窥视到必定范围内的事物。假定世界是停止的,世界的半径便是138亿光年。实践上,由于大爆炸后的胀大,世界的半径已达到420亿光年。
物质能在世界半径之外延伸多远,咱们无从知晓。一些理论以为,物质能够无限延伸。假定这种理论被证明,那么物质或许会散布在一切答应物质存在的空间,甚至会数量无限。或许存在无量多个地球,这些当地或许受自己世界的半径所限而被隔脱离,成为一个个孤立的世界,这也正是现代科学所了解的世界。
这或许听起来令人惊讶,但与特格马克第二种类型的多元世界比起来则平铺直叙。第一种类型假定物理规则到处都相同,但第二种类型以为不同世界的规则会不同。略微修正物理规则就或许改动实体的实质,所以这些世界互相之间各不相同。
特格马克的多元世界中的第三类和第一类有相同之处,都假定物理规则在不同世界中都相同。但在这一类型中,跟着时间消逝,构成多元世界的一切世界都在不停地互相别离。在这样一个多元世界中,每一个时间,一切量子力学的不确认性所答应的或许发作的作业都会在某处发作。这儿的某处便构成了一个全新的世界。
特格马克提出的最终一种多元世界的类型是一切相干数学系统一起描绘的某个类型的物理实体。实践中,这一类型的结构很难幻想。比较物理学,这更像是形而上学。其他三种类型拓宽了物理理论的边界,但并没有跨越本来的边界。假定第二种和第三种类型被证明真的存在,每个类型都能够为世界实体处理一个艰深的问题;假定可观测的世界确实是一个包容万物、完结万物的单一世界,那么这样的一个问题就很难处理。
第二种多元世界的支持者以为,一切的世界都起源于相似于大爆炸的活动,然后发生了与人类地点世界相似的世界。大爆炸明显的特征便是胀大,世界诞生后在很短的时间内呈现了极大胀大。
胀大的观念是阿兰·古斯在1979年提出的。在古斯博士宣布这一观念之后的几年中,安德瑞·林德把它进一步延伸,指出世界诞生于他所称的“胀大场”。假使这个场能够孕育人类能观测到的世界,就没有理由孕育不出其他的世界,也没理由标明这样孕育的世界应该有相同的物理规则。实践上,物理规则在各世界中不相同的理由却是很充沛。
这个理由在十几年前由几名物理学家提出,这中心还包含斯坦福大学的莱昂纳多·瑟斯康德以及英国皇家地理学会的马汀·里斯。他们说,弦论的方程式——对物质和能量的粒子及场的构成方法的艰深解读——有许多或许的解,一些与可观测的实体一起,而大多数则否则。瑟斯康德博士和里斯爵士表明,其他的回答正是对其他世界实体的描绘。
这种观念理论上着实可喜,由于它与一个难解的问题有关,即可观测世界的条件为何能如此精准地契合人类的需求。只需略微改动一些物理常量,例如电磁场强度常量,或许原子核作用力强度常量,这样的世界就不能维系人类或任何相似人类的生物的生计。
这个“精准契合”的难题被一些受造物主启迪的人回答了——是造物主将事物组织稳当,人类才赖以进化。但假若世界普遍存在,各世界的规则不同,那么“精准契合”难题以及对人类友爱的造物主也就云消雾散了。咱们不必再心存侥幸地说,至少有一个世界合适智能生物生计呀,由于有数以百亿计的世界并不合适。任何已有所进化的智能生物必定都会调查到,它们赖以生计的世界的物理规则正恰如其分地支撑着它们的存在。
第二种多元世界给“精准契合”难题供给了一个答案,第三种多元世界相同处理了20世纪的一个物理难题,即所谓的量子力学哥本哈根解说。实践上,这两种多元世界正是为此而提出的。
1900年之前,物理学家整体大将世界物质分为粒子和波。这种分法特别适用于像光(波)以及原子(粒子)这类根底物质。但20世纪初期的几十年,科学家观测到光波具有粒子的行为,粒子有时也有光波的行为。波粒二象性成为量子力学的根底,用数学公式表达便是波函数。
维尔纳·海森堡于20世纪20年代在其闻名的不确认性原理中表明,波函数蕴含着有关确认所描绘粒子的方位的或许性以及粒子下一步或许的行为。一些成果要比另一些成果或许性更大,但实践只调查到一种成果。埃尔文·薛定谔与尼尔森·玻尔一起提出,对粒子的调查约束了观测的成果。用术语讲便是,观测这一行为自身使波函数崩塌为单一成果。
虽然量子行为是在研讨单个根底粒子和光时发现的,但其适用于一切物体,不管物体多大。薛定谔用一个有名的思维试验展现了这一发现,即把一只猫放入有致死设备的盒子里,该设备由放射性单原子衰变引动。放射性衰变是契合波函数的现象,这也使得猫遭到量子力学的操控。在装猫的盒子翻开之前,猫的波函数处于存亡不定的状况,翻开后波函数就陷落到生或死一方。波尔和薛定谔其时在哥本哈根作业,所以这座城市因他们的发现而在物理学历史上留名。
而20世纪50年代,美国的休·埃弗莱特对此提出了不同的解说。他发现,世界自身是能够用一个波函数描绘的。他揣度,实践上一切波函数答应发作的成果都会呈现,而不是波函数的陷落——不管是粒子、盒子里的猫,仍是整个世界。其成果是,世界不断地进行多重割裂,最终成为多个子世界,而每个子世界都有各自的实体(死了的猫,活着的猫),但任何观测者(更精确地说,是同一调查者在这些世界之一中的任何未来本体)都只能看到一种成果。从调查者视点看,波函数看上去崩塌了,但实践并非这样。
赌一把?
理论上, 埃弗莱特的解说要比哥本哈根解说更令人满意,由于没人能解说清楚观测自身的行为怎么导致波函数陷落。但真解说不清吗?
这样的一个问题对各种版别的多元世界理论来讲都至关重要。伦敦帝国学院的史蒂夫·菲尼想知道第二种多元世界是否会像比邻的肥皂泡相同,互相对接,并会在互相的空间留下痕迹。他揣度,这些痕迹或许在大爆炸后瞬间发生的世界微波布景下呈现,虽然现在还没有一点发现。
还有一个试验能检测试验者对多元世界的信仰,不过并不能证明第三种多元世界的存在。这个试验又名为俄罗斯转盘量子试验,是薛定谔的猫试验的另一个版别,仅仅用试验者代替了不幸的猫。在一些未来中,他会死掉;另一些未来中,他还会活着。但从他的视点看,已然他只能意识到活着,那他将来意识到的也仅仅他活着的现实。有乐意赌一把的吗?