多重宇宙存在的可能性有多大?


要看怎麼定義「多重宇宙」吧。宇宙學家Tegmark把多重宇宙/平行宇宙分為四類:①視界之外的宇宙,②暴脹形成的「泡泡」,③量子力學的多世界詮釋,④具有不同物理定律的宇宙。這個分類挺有意思,可以分別討論一下。

一、視界之外的宇宙

這個還是比較容易理解的。哈勃定律告訴我們,宇宙是在膨脹的,與我們的距離為 [公式] 的星系會相對我們具有一個退行速度 [公式] ,其中 [公式] 是哈勃常數。因此,距離我們越遠的星系退行速度越快,這樣一來就存在一個距離(大約幾百億光年)使得這個距離之外的星系相對我們的退行速度超過光速。這意味著,存在一個宇宙學視界,我們只能觀測到視界內的東西。而視界外的東西退行速度超過光速,與我們沒有因果聯繫,我們無法獲知它們的信息。因此一些人將視界之外的宇宙稱為我們所在宇宙對應的平行宇宙。這種意義上的平行宇宙是大概率存在的,它和我們的可觀測宇宙是連通的,只不過相對論限制那裡的信息無法到達我們這裡。

要說明的是,「退行速度」超過光速不違背相對論,因為這是空間本身膨脹造成的,沒有任何信息在超光速傳播。

二、暴脹造成的「泡泡」

暴脹是宇宙在其誕生的極早期可能經歷的一場劇烈的指數膨脹過程——在其剛誕生[公式]秒內尺度急劇膨脹了大約[公式]倍,可以參考這篇回答:

既然物質不能憑空產生,那麼宇宙最初的物質是從哪裡來的??

www.zhihu.com圖標

所謂的「泡泡」指的是暴脹停止的區域。在暴脹理論中,宇宙空間的指數膨脹是由「暴脹場」的勢能推動的。當某個區域的暴脹場勢能落到極小值時,這個區域的暴脹就會結束。這個區域外的空間如果依然處於高勢能的狀態的話,那麼區域外就會繼續暴脹。停止暴脹的區域和繼續暴脹的區域之間就會形成一個邊界,就像是水中出現了一個泡泡一樣。泡泡里是停止暴脹的區域,泡泡外是繼續暴脹的區域,每一個泡泡內都包含著一個前面說的第一類宇宙。

一般認為暴脹場在空間中每一點的勢能(密度)落到極小值是隨機的,因此在極早期宇宙中,會有無數空間點隨機地落入勢能極小值,這些區域的暴脹就會結束,每個區域逐步發展成我們這樣的宇宙。也就是說,暴脹會造成無數「泡泡」產生,我們在其中一個泡泡內,其他泡泡被一些人認為是所謂的第二類平行宇宙。這種意義上的多重宇宙存在的可能性還是不小的,畢竟它所基於的暴脹理論是有一些證據或動機支持的。當然,這個第二類平行宇宙也是在我們的可觀測範圍之外的,不過有一些研究認為它仍可能有一些可觀測效應。

我嘗試畫了一下這個Tegmark認為的第一類以及第二類平行宇宙的示意圖,按我的理解畫的,如果畫錯了還請告訴我。

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三、量子力學的多世界詮釋

這種意義上的平行宇宙和前兩個不一樣,它是對量子力學的「測量」問題的一種詮釋,認為處於疊加態的系統在測量後落入某個本徵態的隨機性在本質上是「世界」分裂為了多個,每個「世界」對應不同的本徵態,處於不同「世界」中的人會觀測到不同的結果。就好比薛定諤的貓,這種詮釋方式認為我們在觀測薛定諤的貓時「世界」分裂成了兩個,一個世界中貓死了,另一個世界中貓還活著。當然,這裡的世界和我們通常意義上的世界不一樣,更像是一個抽象的東西。另外,這只是科普性的描述,真正的多世界詮釋的思想比我說的要複雜很多。

要討論這種意義上的多重宇宙存在的可能性的話,就相當於討論多世界詮釋是不是量子力學的正確詮釋。然而,這個沒有任何實驗證據,誰都不知道他詮釋的對不對,所以沒法討論這個問題。

四、具有不同物理定律的宇宙

Tegmark認為,所有具有自洽數學結構的宇宙都是有可能的,雖然它們的物理定律和我們的宇宙不一樣,但沒有任何條件限制它們不允許存在。這種意義上的多重宇宙我覺得只能說它們確實允許存在,但討論它們沒啥現實意義。不過,這倒是個很好的科幻題材,從不同的物理定律出發構建一個科幻的世界,想想就有趣。


最後,環球科學雜誌出過一期多重宇宙專刊,叫《宇宙之外》,裡面也有Tegmark寫的三篇科普文章,有興趣的讀者可以找來看看。


無限大,多重宇宙肯定存在。僅無限的多重數學宇宙(含無限的集合宇宙、大基數宇宙、脫殊復宇宙、可構造宇宙、萬有宇宙、終極數學宇宙……)就會對應無限層/種/大類物理多重宇宙。


可能性肯定有,多大不確定。

多重宇宙研究有四個大的方向,高贊答案已經完整闡述,我這裡不重複,只補充一點現狀。

存在證據

宇宙學家認為平行宇宙有可能被探測到,當人們所在的宇宙與另一個平行宇宙之間發生碰撞時,會在宇宙微波背景輻射中留下痕迹。一旦軌道望遠鏡發現背景輻射中的可疑痕迹,暗示這可能是來自另一個平行宇宙。英國天文學家稱找到了支持平行宇宙論的證據。通過對宇宙微波背景輻射圖的研究,他們發現了四個由「宇宙摩擦」形成的圓形圖案,這表明我們的宇宙可能至少4次進入過其他宇宙。

2007年8月,科學家在研究宇宙微波背景輻射(CMB)信號時發現了一個巨大的冷斑(cold spot),其中完全是「空」的,沒有任何的正常物質或者暗物質,也沒有輻射信號,為什麼宇宙中會存在如此怪異的時空。為了尋找這個答案,科學家認為這是另一個宇宙的證據,冷斑現象可能使得宇宙學家推出一種結論,暗示人們所處的宇宙之外還存在平行宇宙。科學家通過普朗克望遠鏡觀測到的輻射數據發現我們的宇宙可能是10億個宇宙中的一個,第一次有證據顯示平行宇宙是存在的。

普朗克望遠鏡繪製的地圖顯示了微波背景輻射的分布情況,科學家認為大爆炸後期殘留的輻射均勻分布於宇宙空間中,尤其是在南天。北卡羅萊納州大學教堂山分校理論物理學家勞拉·梅爾西尼-霍頓博士與來自卡內基·梅隆大學教授理查德·霍爾曼在2005年就預言了異常輻射的存在,並認為由於平行宇宙的存在導致了輻射分布異常。梅爾西尼-霍頓博士認為普朗克探測器的數據支持了平行宇宙存在的假設,這意味著在人們所處的宇宙之外還存在無限多的宇宙,正是由於其他宇宙的拖拽效應使得南天出現分布不均的輻射。

根據普朗克探測器的數據,梅爾西尼霍頓博士認為自己的假設已經被證明,在人們所處的宇宙之外還存在更多的平行宇宙,由於這些宇宙的存在,導致了背景輻射的異常,這一切都體現在宇宙學理論無法解釋的冷斑時空中。隸屬於歐空局的普朗克空間望遠鏡具有非常高的觀測精度,其繪製的精確CMB圖像為科學家打開了一扇通往另一個時空的大門。

據《星期日泰晤士報》稱,劍橋大學理論物理學教授馬爾科姆·佩瑞認為,該發現有極高的可能來佐證「多重宇宙」的存在。他的同事天體物理學教授喬治·埃弗斯塔西歐對此也表示支持:「多重宇宙的論調現在聽起來仍然讓有些人感到怪異,這情況就像當年大爆炸理論的提出一樣。不過,現今我們已經掌握了有力的證據,這必將徹底改變人們對於宇宙的認知。」

理論進展

2014年10月31日,物理學家稱,「平行宇宙」的確存在,給不同版本的「我們」提供生存空間。不僅如此,平行宇宙之間還會相互影響,所以才會出現微觀層面種種奇怪的物理學現象。澳大利亞格里菲斯大學和美國加州大學學者聯合提出上述理論。他們認為,平行宇宙不僅存在,而且相互影響,並非各自獨立地發展變化;而相互作用,恰好能夠解釋微觀物理研究發現的粒子奇怪的反應。

格里菲斯大學物理學教授霍華德·威斯曼說:「大概在1957年左右,量子物理學界出現了平行宇宙的想法。照此推斷,量子測量每進行一次,一個宇宙就會產生出新的分支宇宙。所以就產生了無數的可能性——在有的宇宙里,隕石沒有砸中地球,恐龍們倖存下來。再換一個宇宙,澳大利亞就成了葡萄牙人的殖民地了。

威斯曼和同事們認為,人們所處的宇宙不過是浩如煙海的眾多的宇宙中的滄海一粟。這些宇宙同時存在,有的和人們所在的宇宙相似,有的則大不相同。威斯曼還表示,比較「靠近」的宇宙會相互排斥,增加相互之間的差異。

2015年,西班牙《趣味》月刊1月號報道,該領域最權威的兩大專家、物理學家安德烈·林德和阿蘭·古思認為,即便存在其他的宇宙,也是在離我們非常遙遠的空間,我們永遠不會與其發生接觸;他們的同行保羅·J·斯坦哈特和尼爾·圖羅克擇堅持認為平行宇宙存在於不同的時間點;而馬克斯·特格馬克和已故科學家丹尼斯·夏默則認為其他的宇宙與我們所在的時空是徹底遠離的。

研究前景

科學家將會有多種方法檢驗這些平行宇宙的理論,甚至可能排除其中的一些。在今後幾十年,隨著宇宙測量技術的巨大進步,通過諸如宇宙微波背景輻射探測、大尺度物質分布測量等,科學家會進一步限定空間的彎曲和拓撲結構,從而檢驗第一層平行宇宙理論。而更精確的暴脹測量,可以用來檢驗第二層平行宇宙的理論。天體物理學和高能物理學的共同進步,也會確定物理常量的微調程度,從而削弱或加強第二層的存在可能。

如果全球製造量子計算機的努力能夠成功。那麼它將會為第三層宇宙的存在提供進一步的證據,因為它在本質上要利用第三層平行宇宙的平行性來做平行計算。相反,糾正不守恆的實驗證據則會排除第三層。最後,現代物理的重大挑戰,統一廣義相對論和量子場論的成功或失敗,會給第四層宇宙的研究帶來更多啟示。科學家可能最終找到一個和人們的宇宙相匹配的數學結構,也可能突然碰到不可思議的數學有效性極限,從而不得不放棄第四層。

理論爭議

針對平行宇宙的主要爭論在於,它們很浪費並且很離奇,來依次考慮這兩點。首先,平行宇宙理論很容易被奧卡姆剃刀原理所攻擊,因為它們假設了其他宇宙存在,而人們卻永遠觀測不到。為何自然在本體上如此浪費,並沉溺於這些多到無窮無盡的不同世界,但這一點也可以反過來支持平行宇宙。當人們覺得自然過於浪費時,人們到底是在困惑關於它浪費的哪一點,顯然不是「空間」,因為標準的平坦宇宙模型中無限的體積並沒有引起這樣的反對。也不是「物質」或「原子」——理由相同,一旦已經浪費了無限的東西,誰在乎再浪費多點呢。所以,這種令人困惑的「浪費」倒不如說是一種簡化,它減少了說明所有這些不可見世界所需的信息量。然而,正如泰馬克詳細討論過的那樣,整個集合往往要比集合中的單個元素簡單得多。例如,一個普通整數n的演算法信息內容在 量級上,這就是將它用二進位寫出來所需要的比特數。然而,所有整數的集合,1、2、3、…,只需要寥寥幾行計算機程序就能生成,所以整個集合的演算法複雜度要遠小於其中某個整數。同樣,愛因斯坦引力場方程的全部理想流體解的集合,演算法複雜度要遠低於其中某個特解,因為前者只需要很少幾個方程就能描述,而後者要求在某個超曲面指定大量的初始數據。不嚴格地說,當人們把注意力局限在一個集合中的某個特定元素上時,表觀信息的內容增加了,卻失去了將所有元素考慮進來時整個系統內在的對稱性和簡單些。在這個意義上,更高層的平行宇宙具有更低的演算法複雜度。從通常宇宙升到第一層平行宇宙,就不再需要指定初始條件,升到第二層,就不需要指定物理常數,到了包含所有數學結構的第四層平行宇宙,本質上就不存在演算法複雜度了。只有從青蛙視角,從觀測者的主觀感覺來看,才有那些信息富餘和複雜性。可以證明,平行宇宙論要比只取一個集合元素作為物理存在的單個宇宙理論經濟得多。

第二個普遍的抱怨是,平行宇宙太離奇了。但這個反對多半來自審美上,而非科學上的考慮,然而正如上面提到的,這個意見只有在亞里士多德的世界觀中才有意義。在柏拉圖模型中,如果鳥的視角和青蛙視角足夠不同,很可能看到的是,觀察者會抱怨正確的TOE如此離奇,而每個跡象都說明這正是人們所處的情形。人們所感到的離奇也沒有什麼好大驚小怪的,因為進化只賦予了人們對日常物理的直覺,能夠使人們遠古的祖先生存下來。但由於有了智慧和創造,人們已經比只有一般內部觀點的青蛙視角稍微多窺見了一些東西,可以確信的是,人們在超出人類原始認知的任何地方到遭遇了奇異現象:高速(鐘慢效應)、小尺度(量子粒子能同時存在於好幾個地方)、大尺度(黑洞)、低溫(能向上流的液氦)、高溫(碰撞粒子能改變身份),等等。所以,物理學家大體上已經接受了,鳥的視角和青蛙視角是很不相同的。量子場論的一個現代流行觀點是,標準模型也僅僅只是一個有效的理論,是另一個還沒發現的理論的低能極限,而後者與舒服的經典概念相去甚遠(例如,包含十維的弦)。許多實驗學家已經對這麼多「離奇」(但重複性很好)的結果感到麻木了,他們簡單地接受了「這個世界就是一個比人們原想的世界更離奇」這樣的觀點,然後埋頭繼續計算。

搬運過來的,供參考(侵刪)。


一半吧。

我們不討論量子,我們討論一個天文物理上允許存在的多重宇宙。

先看以下天文學上的事實:

宇宙存在一個可觀測範圍,直徑大概是930億光年;

在宇宙的可觀測範圍的邊緣處,宇宙的膨脹速度超過了光速;

因為宇宙膨脹速度在離我們465億光年的地方超過了光速,所以在這個範圍外的宇宙我們永遠無法觀測到;

我們不知道可觀測宇宙範圍外的部分有多大,但根據可觀測邊緣處宇宙膨脹的速度超過光速這一事實合理推測,現有宇宙外面的空間可能很大;

可能很大的空間里,完全可能存在一個或者多個或者無數個和現在可觀測宇宙一模一樣的宇宙,這個便是以現在我們理解的宇宙學概念,允許存在的一種平行宇宙。

這個存在的可能,我覺得大概是一半概率。


無非就是量子態定性還是不定性的延伸,奈何量子態是不定性的,於是我們還沒能力否定多重宇宙觀。


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