多元宇宙理论：还有其他宇宙世界吗？

朋友们，你们好！

你们知道吗？物理现实可能比我们称之为宇宙的时间和空间要巨大得多。

人类有机会解开宇宙的基本奥秘

浩瀚的宇宙根本是人类难以想象的规模，而我们的物理知识和天文仪器却极其有限。说实话，在宇宙中，人类就像井底之蛙一样，不知道井外的世界有多大。但令人欣慰的是，我们并不想做井底之蛙，一些理论物理学家正在不断深入探索多元宇宙理论，根据该理论，在我们的宇宙之外，很可能还存在着其他数量众多的宇宙。

在20世纪50年代，有的物理学家在观察量子的时候，发现每次观察的量子状态都不相同。而由于宇宙空间的所有物质都是由量子组成，所以这些科学家推测既然每个量子都有不同的状态，那么宇宙也有可能并不只是一个，而是由多个类似的宇宙组成。

因此，将量子理论应用于宇宙，我们不得不承认它可能同时存在多种状态。换句话说，将量子波动应用到宇宙中，我们几乎不得不承认多元宇宙的存在。

有趣的是，弦理论和暴胀理论的“永恒”变体相结合为所谓的“景观多元宇宙”提供了自然基础。

暴胀理论

宇宙暴胀模型

首先，多元宇宙的概念几乎同时出现在物理学和哲学等几大领域，但最引人注目的还是暴胀理论。它描述了一个假设事件，在宇宙非常年轻的一段时间里，以非常大的增长速率膨胀。暴胀过程发生在宇宙大爆炸之后的10-36 秒~10-32秒之间。在暴胀结束后，宇宙继续膨胀，但是膨胀速度则小得多。

据科学推测，我们的宇宙暴胀早在130亿年前就结束了。然而，在太空中，这种暴胀无处不在且不会同时存在或结束。科学家们认为，尽管一个区域的暴胀结束，而另一个区域的暴胀可能还会继续。

此外，个体宇宙可以“掐断”并脱离更大的膨胀宇宙，创造出无限膨胀的永恒之海，里面充满着无数个体宇宙。

在这种无限膨胀的永恒之海中，每个宇宙都会产生属于自己的物理定律、时空维度、粒子种类和基本物理常数。 换句话说，在多元宇宙中，不同的宇宙中拥有随机的宇宙常数。这或许可以解释为什么我们的宇宙具有属于它自己的特性，尤其是那些难以用暗物质或宇宙常数等概念来解释的特性。

观察和证据

在我们的宇宙中，发生了太多的事情，以至于生命的存在似乎令人难以置信。如果只有一个宇宙，其中很可能没有生命。但在多元宇宙中，生命存在的可能性要高得多。但这个理论很难有说服力，这也是为什么很多人对多元宇宙的想法持怀疑态度的原因。

然而，一部分科学家们试图找到更多物理的、令人信服的证据来证明它的存在。例如，如果一个邻近的宇宙很久以前碰巧靠近我们的宇宙，它们之间可能发生了碰撞，然后留下了明显的印记。

Plank卫星绘制的最新最高分辨率宇宙微波背景辐射图（图片来源：ESA/NASA/JPL-Calteck）

这种印记可能是宇宙微波背景辐射（CMB，又称遗留辐射）的扭曲形式，或者是星系在碰撞方向上的奇怪特性。

一些天体物理学家走得更远，寻找特殊类型的黑洞，这些黑洞可能是我们宇宙的一部分，通过隧道效应分裂出另一个相似的新宇宙。这就预言了一个自然选择的形式，倾向于产生最多黑洞的宇宙。

众所周知，暴胀是很多基本粒子理论中的普遍现象。在流行的混沌暴胀模型中，暴胀在空间的某些区域停下来，使得生命能够出现，同时量子波动导致其他区域暴胀得更快。本质上，一个暴胀中泡沫产生出其他暴胀泡沫，这些暴胀泡沫再产生更多的泡沫，从而形成永不停止的连锁反应。而停止暴胀的泡沫就是第二层平行宇宙的构成元素。

如果宇宙是以这种方式划分，那么宇宙中就会有很多“气泡”，这些气泡会可能就是今天我们看到的黑洞。科学家们认为，这些黑洞的潜在发现可能表明多元宇宙的存在。然而，到目前为止，所有这些类型的探索都还没有结果，所以今天多元宇宙论仍然只是假设。

宇宙微波背景辐射

1964 年，美国贝尔实验室的工程师彭齐亚斯（Arno Penzias） 和 威尔逊（Robert Wilson） 正在调试用于射电天文观测的超灵敏微波接收器，发现无论如何调试都有一种背景无线电噪音，奇怪的是，这些噪音似乎同时来自各个方向。

彭齐亚斯联系了普林斯顿大学物理学家罗伯特·迪克（R. H. Dicke），他认为无线电噪声可能是宇宙微波背景辐射 (CMB)，这是充满宇宙的主要微波辐射。

遗留辐射中留下“印记”

由于他们的发现，彭齐亚斯（Arno Penzias） 和 威尔逊（Robert Wilson）在 1978 年获得了诺贝尔物理学奖。他们的工作成果开创了宇宙学的新时代，使科学家能够以前所未有的方式探索宇宙。

有趣的是，物理学家的工作成果还带来了近代史上最惊人=的发现之一：背景辐射的独特特征可能是第一个证明已知宇宙之外确实存在无数个宇宙世界的有力的直接证据。然而，要确认这种不寻常的说法，我们还需要回到宇宙诞生的初始时代。

大爆炸宇宙论

根据被广泛认同的宇宙起源理论——“大爆炸”宇宙论，在大爆炸后的最初几十万年里，我们的宇宙充满了由原子核、电子和光子组成热等离子体。

到大约 38 万年后，我们的宇宙不断膨胀，导致温度和密度很快下降。随着温度降低、冷却，逐步形成原子、原子核、分子，并复合成为通常的气体。气体逐渐凝聚成星云，星云进一步形成各种各样的恒星和星系，最终形成我们如今所看到的宇宙。

彭齐亚斯（Arno Penzias） 和 威尔逊（Robert Wilson）发现的宇宙微波背景辐射 (CMB)有力的证明这一点，并最终帮助我们建立了大爆炸理论。

大爆炸宇宙论

随着时间的不断推移，我们的宇宙不断膨胀并冷却到只有大约 2.7K（开尔文） 的温度，但这个温度是不均匀的。由于物质在整个宇宙中分布不均，因此会产生温度差异。它被认为是由大爆炸后微小量子密度波动引起的。

总的来说，宇宙微波背景辐射中的斑点可以被认为是多元宇宙存在的第一个有力证据。

暗物质

多元宇宙理论中的另一个证据是暗物质。由宇宙塌缩形成的黑洞会产生暗物质，而我们自己的宇宙在外人看来可能就像一个黑洞。

黑洞，可能是暗物质的来源

众所周知，暗物质可能存在于宇宙中的一种不可见的物质，它可能是宇宙物质的主要组成部分，但又不属于构成可见天体的任何一种已知的物质。虽然不可见，但它仍然存在，因为它对太空中的星系团和其他天体具有引力作用。

暗物质的存在已经得到了广泛的认同，然而对暗物质属性了解很少。已知的暗物质属性仅仅包括有限的几个方面：

（1）暗物质参与引力相互作用，所以应该是有质量的，但单个暗物质粒子的质量大小还不能确定。

（2）暗物质应是高度稳定的，由于在宇宙结构形成的不同阶段都存在暗物质的证据，暗物质应该在宇宙年龄（百亿年）时间尺度上是稳定的。

（3）暗物质基本不参与电磁相互作用，暗物质与光子的相互作用必须非常弱，以至于暗物质基本不发光；暗物质也基本不参与强相互作用，否则原初核合成的过程将会受到扰动，轻元素丰度将发生改变，将导致与当前的观测结果不一致。

（4）通过计算机模拟宇宙大尺度结构形成得知，暗物质的运动速度应该是远低于光速，即“冷暗物质”，否则我们的宇宙无法在引力作用下形成观测到的大尺度结构。

综合这些基本属性。可以得出结论暗物质粒子不属于我们已知的任何一种基本粒子。这对当前极为成功的粒子物理标准模型构成挑战。

为了解释暗物质，科学家们提出了很多惊人的假设，一种被广泛接受的理论认为，组成暗物质的是“弱相互作用有质量粒子”（weakly interacting massive particle, WIMP），其质量和相互作用强度在电弱标度附近，在宇宙膨胀过程中通过热退耦合过程获得观测到的剩余丰度。此外，也有假说认为暗物质是由其他类型的粒子组成的，例如轴子（axion），惰性中微子（sterile neutrino）等。

然而，目前所有这些概念都是推测性的，但物理学家预计，在未来几年，用复杂的望远镜及新的观测方法将有助于解答很多疑问。

又是暴胀理论

著名的英国理论物理学家斯蒂芬·霍金 (Stephen Hawking) 于 2014 年 3 月 14 日 去世，他因肌肉萎缩性侧索硬化症（卢伽雷氏症）全身瘫痪，在轮椅上坐了几十年，不能言语，完全依赖于语言合成器。这位科学家在他去世前 10 天 发表的最后一篇研究论文是由理论物理学教授托马斯·赫托格撰写的，其中涉及到了多元宇宙。

多元宇宙概念图

霍金和赫托格推测，大爆炸后时空的快速膨胀可能反复发生，从而创造出多个宇宙。他们的工作本质上是暴胀理论的延伸，该理论表明在大爆炸之前，太空中充满了作为空间本身一部分的能量，而这种能量导致空间以指数速度膨胀，从而引发了大爆炸。

然而，由于暴胀和其他一切事物一样，本质上是量子性质的，这就意味着太空中一定存在暴胀结束和大爆炸开始的空间区域。但这些区域永远不会相互碰撞，因为它们被充气空间区域隔开了。

批评和结论

现代科学既不能证明也不能反驳多元宇宙的存在

总之，多元宇宙理论听起来既大胆又虚无。其中包括许多科学家都有完全不同的认知和反应：在一些人看来，多元宇宙的想法是不科学的，甚至可能是“危险的”，因为它可能误导科学努力的方向。

尽管如此，但随着科学技术不断的进步及研究数据不断的更新，这种看似疯狂的理论得到证实将逐渐变得明了。毕竟，回到井底之蛙的比喻，人类对自己生活的世界又了解多少呢？

（本文完结）

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