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May. 17 2022

多重宇宙是什麼?是否有多重宇宙存在的證據?

  • 這張圖片顯示了宇宙中最古老的光──在大霹靂(Big Bang)後不久釋放出的宇宙微波背景。這道界線標示著可觀測宇宙的邊緣,不過科學家已經提出了一些理論,討論可能存在這道界限之外的事物。IMAGE COURTESY WMAP/NASA

    這張圖片顯示了宇宙中最古老的光──在大霹靂(Big Bang)後不久釋放出的宇宙微波背景。這道界線標示著可觀測宇宙的邊緣,不過科學家已經提出了一些理論,討論可能存在這道界限之外的事物。IMAGE COURTESY WMAP/NASA

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科學家無法觀測到宇宙邊緣之外是什麼樣子,我們是否能得知在這之外有任何事物存在?

在可觀測宇宙的邊緣外有什麼呢?有沒有可能,我們的宇宙只是在更大的多重宇宙(multiverse)中的眾多宇宙之一呢?

電影總是非常熱衷探討這樣的議題。從《奇異博士2:失控多重宇宙》(Dr. Strange in the Multiverse of Madness)等超級英雄大片,到《媽的多重宇宙》(Everything Everywhere All at Once)這樣的獨立製片寵兒,科幻故事中總是充滿了在平行宇宙間極具想像力的互動。而且取決於你詢問的宇宙學家,多重宇宙的概念已遠超過純粹的幻想或方便編造故事的工具。

人類對平行宇宙的想法自古有之,皆多所變化──埃德加.愛倫.坡(Edgar Allan Poe)甚至在1848年寫了一首散文詩,幻想有「無限的宇宙序列」存在。但當試圖解釋我們宇宙特性的現代科學理論也預測在我們的現實之外有其他宇宙存在時,多重宇宙的概念真正一飛衝天。

「到目前為止,我們對現實的理解並不完整,」史丹佛大學的物理學家安德烈.林德(Andrei Linde)說:「現實獨立於我們而存在。」

如果多重宇宙真的存在,它們和我們的宇宙是分開的,我們無法抵達,也無法藉由任何直接的測量方式偵測到(至少到目前為止)。這讓一些專家質疑,尋找多重宇宙是否「真的科學」呢?

科學家會知道我們的宇宙是否唯一嗎?本文將拆解數個試圖解釋多重宇宙可能性的理論──包括其他擁有自己物理定律的宇宙,以及多重宇宙中是否存在不同版本的「你」。

什麼是多重宇宙?

科學家描述在可觀測宇宙之外,也可能有其他宇宙存在,這就是多重宇宙的概念。有許多科學理論預測有多重宇宙存在,這些理論描述了各種不同的可能情景──從與我們宇宙不同平面的空間區域,到不斷湧現的獨立泡泡宇宙(bubble universes)。

所有這些理論的共同點,是認為我們能夠觀察到的空間和時間,並不是唯一的真實。

好吧……但為什麼科學家認為可能有不止一個宇宙存在?

「如果我們的宇宙只有一個,我們就無法解釋它的所有特徵。」科學記者湯姆.齊格弗里德(Tom Siegfried)說,他的著作《天堂之數》(The Number of the Heavens)研究了多重宇宙的概念如何在數千年內演變的歷程。

「為什麼自然界的基本常數是這樣的?」齊格弗里德提出這樣的疑惑:「為什麼我們的宇宙有足夠的時間創造出恆星和行星?為什麼恆星會以現在的方式發光,而且能量恰到好處?這一切都是在我們的物理理論中無法找到答案的問題。」

齊格弗里德認為有兩種可能的解釋:第一種是我們需要更新、更好的理論來解釋我們宇宙的特性,或是有可能「我們只是眾多不同宇宙的其中之一,而我們生活在一個美好而舒適的宇宙中。」

有哪些比較主流的多重宇宙理論?

也許科學上最能接受的想法,是來自所謂的暴脹宇宙學(inflationary cosmology),也就是在大霹靂後的極短時刻,宇宙迅速地以指數方式膨脹。宇宙暴脹的理論解釋了許多我們觀測到的宇宙特性,像是它的結構和星系的分布情形。

「這個理論一開始看起來像是篇科幻小說,不過是非常富有想像力的,」宇宙暴脹理論的創造者之一林德說:「但它解釋了我們宇宙許多有趣的特徵,因此大家開始認真看待。」

這個理論的其中一項預測,是暴脹可能會一次又一次地發生,而且可能是無限次,因此形成一個泡泡宇宙群。並不是所有的泡泡都有與我們相同的特性──它們可能是有著不同物理定律的空間。其中有些可能與我們的宇宙相似,但都在我們可直接觀察到的範圍之外。

還有哪些其他的理論?

另一種引人注目的多重宇宙,是量子力學的多世界詮釋(many-worlds interpretation),這是以數學方法來描述物質行為的理論。物理學家休.艾弗雷特(Hugh Everett)在1957年提出,多世界詮釋預測了分支時間軸的存在;在這些平行時空中,我們的決定會產生不同結果,有時甚至產生截然不同結果。

「休.艾弗雷特說,看,實際上有無數個平行的地球,當你做一個實驗並得到某個可能性時,基本上只證明了你生活在有著這樣實驗結果的地球上。」明尼蘇達大學的物理學家詹姆斯.卡卡里歐斯(James Kakalios)表示,他〔 在我們的時空中〕曾寫過有關超級英雄物理正確性的文章,「但在其他的地球上,會有不同的結果。」

根據這種解釋,如果你做出不同的決定,那可能導致不同版本的你過著不同的生活。然而,你唯一能感知到的真實,就是你所在的那個宇宙。

那其他的地球在哪裡呢?

它們都重疊在我們無法造訪的維度上。麻省理工學院的馬克斯.泰格馬克(Max Tegmark) 將這種類型的多重宇宙稱為第三級多重宇宙(Level III Multiverse),有許多不同的劇本在平行宇宙中上演。

「在多世界詮釋中,仍然會有原子彈,只是不知道它什麼時候會爆炸。」林德說,但也許在某些宇宙中,它不會爆炸。

相較之下,有些宇宙暴脹理論所預測的多重宇宙,被泰格馬克稱為第二級多重宇宙,可能有著不同的基礎物理學。林德說,在暴脹的多重宇宙中,「你甚至不知道在宇宙的某些地方,原子彈是否在科學上可能存在。」

所以,如果我想見見自己,我要怎麼去那裡?我們可以在多重宇宙間旅行嗎?

很不幸的是,不行。科學家認為在不同宇宙之間旅行是不可能的,至少,現在還不可能。

「除非很多我們已知牢固的物理學是錯誤的,否則我們無法前往這些多重宇宙,」齊格弗里德說:「可是誰知道呢?1000年後,也許有人可以弄清楚我們永遠無法想像的事情。」

是否有任何直接證據顯示有多重宇宙存在?

儘管宇宙的某些特徵,似乎需要有多重宇宙存在,但沒有直接觀察到證明它確實存在的證據。到目前為止,支持多重宇宙想法的證據純粹基於理論,在某些情況下,是基於哲學。

有些專家認為,宇宙大霹靂形成了一個完美平衡的宇宙,正好適合我們的存在,這可能是個巨大的宇宙巧合。而其他科學家認為,更可能是有任意數量的物理宇宙存在,而我們只是居住在有著適合我們生存特徵的那個宇宙之中。

卡卡里歐斯認為,有著無限多的平行口袋宇宙(pocket universes)或泡泡宇宙,其中有些具有不同的物理特性或不同的基本常數,這個想法非常有吸引力,「這就是為什麼有些人會認真看待這些想法,因為它有助於解決某些哲學問題。」他這麼說。

科學家甚至爭論,多重宇宙是否是個可以經實證檢驗的理論;有些人會說不,因為根據定義,多重宇宙獨立於我們自己的宇宙,而且我們不可能造訪。但也許,我們只是沒有找到正確的測試方法。

我們是否會知道我們的宇宙只是眾多宇宙之一?

可能不會。但有許多可以藉由其他方式檢驗的各種理論,也預測了多重宇宙的存在。如果這些理論通過了所有的檢驗,那麼多重宇宙也可能為真。或是也許會有些新發現,能幫助科學家弄清楚在我們的可觀測宇宙之外,是否真有某些東西存在。

「宇宙的運作並不受限於一顆小星球上的原生質團塊(也就是我們)能否驗證或測試這種理論。」 西格弗里德說:「我們可以說,這是不可測試的,因此這不可能是真實的──但這只是表示我們不知道要如何測試。也許有一天,我們會弄清楚如何測試,也或許我們不會。但宇宙仍然可以為所欲為。」

 

延伸閱讀:天王星即將重回NASA懷抱!宇宙正在以超乎我們預期的速度膨脹

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