在很多时候,我们认为宇宙包含了一切。但是无论宇宙的真实本质是什么,我们获取宇宙信息的能力从根本上是有限的。

可观测宇宙之外是否还存在更大的宇宙?

自宇宙大爆炸以来,时间只过去了138亿年,而任何信息传播的最快速度——光速是有限的。即使整个宇宙本身可能是无限的,但可观测宇宙是有限的。然而,根据理论物理学中的主流思想,我们的宇宙可能只是一个更大的多元宇宙的一个极小区域,大宇宙中包含了许多宇宙,甚至是无限的宇宙。关于多元宇宙的理论,只有其中一些是真正的科学,另一些仅仅是推测性的、一厢情愿的想法。下面是如何辨别多元宇宙理论的科学性。但在此之前,我们需要来了解一下背景。

通过测量星系的光谱,我们可以知道它们的距离以及远离银河系的速度。结果发现,宇宙在膨胀。河外星系离得越远,它们就以越快的速度退行。根据广义相对论,这意味着宇宙在膨胀。

如果目前的宇宙正在膨胀,那就意味着它在过去的时候更小、更致密。把时间往回拨,宇宙要比现在更为均匀,并且更热。当时间回溯到138亿年前时,就回到了宇宙大爆炸。

但是大爆炸并不是宇宙的最初开端!我们只能在大爆炸的预测崩溃之前的时间,推断出一个特定的时期。我们在宇宙中观察到的很多事情都是大爆炸无法解释的,但是宇宙暴胀理论可以。

可观测宇宙之外是否还存在更大的宇宙?

在20世纪80年代,通过暴胀理论得到了很多预言,其中包括:(1)大规模结构的种子应该是什么样的;(2)温度和密度的波动应该存在于比宇宙视界更大的尺度之上;(3)即使有波动,空间的所有区域也应该存在恒定的熵;(4)热大爆炸应该有一个最高的温度。

在随后的30年里,暴胀理论的四种预言在观测上得到了精确的证实。

暴涨理论表明,在大爆炸之前,宇宙并没有充满粒子、反粒子和辐射。相反,宇宙充满了空间本身固有的能量,而这种能量导致空间以一种极高的速率膨胀。在某一时刻,暴胀结束了,所有或者几乎所有的空间固有能量转化为物质和能量,产生了热大爆炸。暴胀的终结,以及宇宙的再加热,标志着大爆炸的开始。大爆炸仍在发生了,但这并不是宇宙的最初开端。

如果这就是宇宙的历史,我们所拥有的就是一个非常巨大的宇宙。它在任何地方都有相同的性质,到处都是相同的物理定律,我们可见的视界之外的宇宙部分与我们的情况相似,但它们不会被合理地称为多元宇宙。

注意,物理上存在的所有东西本质上都必须是量子的。即使是包含所有未知因素的暴胀,都必须是一个量子场。

如果要求暴胀拥有所有量子场的属性:(1)它的性质有其固有的不确定性;(2)这个场是由一个波函数描述;(3)随着时间的推移,这个场的数值会逐渐展开。基于此,我们会得到一个意想不到的结论。

暴胀不会同时出现在任何地方,而是在特定时间出现在某个不连通的位置,而这些位置之间的空间继续暴胀。因此,应该存在多个巨大的空间区域,在那里,暴胀结束,大爆炸开始,但它们永远不会遇到彼此,因为它们被暴胀空间的区域分隔开来。无论暴胀何时开始,至少在某些地方,它几乎肯定会永远持续下去。

在暴胀结束的地方,热大爆炸将会随之开始。我们所观测到的宇宙的一部分只是这个区域的一部分,在那里,暴胀结束了。除此之外,还有更多不可观测的宇宙。但也有不计其数的区域都是互不相连的,它们有着同样的过程。

可观测宇宙之外是否还存在更大的宇宙?

这就是多元宇宙的概念。如上所述,它是基于两个独立的、被广泛接受的理论物理学的方面:一切事物的量子本质和宇宙暴胀的性质。没有一种已知的方法能够来测量它,就像没有办法测量我们宇宙中不可观测宇宙一样。但是,这两种理论——暴胀理论和量子物理学已经被证明是有效的。如果它们是对的,那么,多元宇宙是一个不可避免的结果,而我们就生活在其中。

不过,那又怎样呢?如果真的是这样,有大量的理论后果是不可避免的,但我们不能确定,因为我们无法测试它们。

那么,为什么会有很多的理论物理学家撰写关于多元宇宙或者平行宇宙的论文呢?为什么他们声称多元宇宙是与弦景观、宇宙常数、甚至是我们的宇宙对于生命具有完美调谐的事实联系在一起?

原因在于即使这显然是个错误的科学想法,但物理学家也没有更好的科学想法。多元宇宙本身并不是一个科学理论,更确切地说,这是物理定律预言的一个理论结果。