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1700878810 然而,另有一个不是那么精确的中子星观测,发现了一颗大约2.5倍于太阳质量的中子星。[6]如果更为精确的测量证实了这一观测,那么宇宙自然选择假说就被彻底证伪了。[7]
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1700878812 宇宙自然选择假说的另一个预言基于早期宇宙的一个惊人特征,即极端的规律性。通过对宇宙背景辐射的观测,我们发现早期宇宙的物质分布非常均匀,从一个地方到另一个地方的变化相当小。为什么会这样?为什么宇宙不从一个大幅变化的密度分布开始?如果宇宙的密度分布大幅变化,那么那些高密度的区域会马上坍缩成黑洞。在这种场景下,“原初黑洞”将布满早期宇宙。这个世界中的黑洞数目将比我们宇宙的黑洞数目多得多。而宇宙自然选择假说预言,无法通过微调物理定律的参数,使得某个宇宙的黑洞数目超过我们宇宙的黑洞数。以上论证似乎又一次证伪了我的假说。
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1700878814 宇宙学家通过一个名为“密度涨落尺度”(scale of density fluctuations)的参数来描述宇宙中物质密度的变化。虽然它不是一个粒子物理标准模型参数,但许多早期宇宙模型都可以调整参数来增大密度涨落尺度。所以,我们应当考察一下这些模型是否与宇宙自然选择假说不相容。在大多数暴胀模型中,只有一个参数能增加密度涨落,并因此增加宇宙原初黑洞的数目。然而在某些极为简单的暴胀模型中,增加这个参数会大大地缩短宇宙暴胀时间,从而减小宇宙的尺度。较之我们的宇宙,增大这个参数所形成的宇宙会更小,所含的原初黑洞会更少。[8]这也就意味着,宇宙自然选择假说仅与这些不能大量制造原初黑洞的简单暴胀模型相容。如果观测证实暴胀要用一些复杂得多的模型来描述,那么我们就能排除宇宙自然选择假说。[9]反过来说,宇宙自然选择假说预言了这样的观测不可能存在。
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1700878816 当然,暴胀可能不是正确的早期宇宙理论。这里,我们仅仅以此为例来突显宇宙自然选择假说的脆弱性。对任何能在宇宙早期大量制造原初黑洞的机制来说,一旦有观测将其证实,我们就能将宇宙自然选择假说证伪。[10]
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1700878818 如果时间不是真实的,宇宙自然选择就无从谈起。其中一个原因如下:这一假说仅仅需要相对的适者生存。我们宇宙的竞争对手是那些在参数上与这个宇宙略有差别的其他宇宙。这是一个很弱的条件。在这个条件下,我们无须假设我们宇宙的参数对应于全局最大概率;其他宇宙完全可能拥有不同的参数选择,致使它们拥有更高的生育率。这一假说仅仅作出以下预言:不可能通过微调我们宇宙的现有参数使其拥有更高的生育率。
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1700878820 因此,我们可以有许多不同种类的宇宙,多重宇宙具有种群多样性。对于每一种宇宙来说,生育率都不可能靠微调参数来提高。随着时间的推移,不同种群的宇宙会不断混合,通过不断试错来达到更高的生育率。这正是生物圈的工作原理。没有一个种群能永远站在生物圈的顶端;生命史的不同阶段,代表生物总是不一样。它们由那些相对适者混合而来。生命不会到达理想态或平衡态;它总是在不断进化。同样,伴随着宇宙种群的演化,典型的自然规律也会随时间而改变。如果不同种的宇宙间的混合方式不再改变,此时多重宇宙就到达了一个终极状态。在这种状态下,时间将不再起作用,我们称多重宇宙到达了一个永恒的平衡态。当然,自然选择既没有假设、也没有暗示终极状态的存在。在宇宙自然选择场景中,时间总是出现。
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1700878822 除时间真实性以外,宇宙自然选择假说还要求时间是普适的。宇宙的总数变化飞快。每当一个宇宙制造一个黑洞时,这个数字就发生一次改变。如果想从这一假说中提炼出某个预言,我们就必须知道在某个时刻,存在多少具有某某性质的宇宙。要实现这一点,对每一个宇宙而言,时间必须是有意义的。这还不够,在不同的宇宙种群之间,时间也必须具有意义。所以我们需要一个普适的时间概念,它既能给出一个宇宙内的同时性,也能给出不同宇宙间的同时性。[11]
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1700878824 时间重生:从物理学危机到宇宙的未来 [:1700876989]
1700878825 指数级膨胀的宇宙
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1700878827 现在,让我们看看与之相对的永恒暴胀理论。在早期宇宙中,构成粒子和力的量子场处于一个特殊的相态。这一相态下,宇宙能产生大量的暗能量。暗能量使得宇宙以指数级快速膨胀,这便是暴胀。通常,当“泡泡”形成时,暴胀就会停止。这些泡泡是量子场相变的产物。这和水的沸腾很相似。当我们加热水时,水中会有泡泡出现。泡泡内是气态的水,它由液态的水相变产生。在宇宙学中,泡泡内的量子场处于缺乏暗能量的相态。这个泡泡膨胀减慢,最终成为我们的宇宙。
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1700878829 维兰金和林德注意到,尽管泡泡膨胀的速度变慢,可它四周媒质中的量子场仍然具有很高的暗能量,仍然在快速暴胀。媒质中会生成更多的泡泡,这些泡泡将变为更多宇宙,正如我们的宇宙一样。两人发现,在某些条件下,处于暴胀状态的媒质永远不会消失,以上过程将永远地进行下去,纵使无数多的宇宙泡已经诞生。如果以上场景确实发生,那么我们的宇宙只是无穷多的宇宙泡中的沧海一粟。它们都来自永恒暴胀的媒质。
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1700878831 在最简单的永恒暴胀模型中(我们将集中讨论这类模型),每个宇宙泡中的自然规律都由理论景观随机产生。[12]就许多讨论而言,这个理论景观专指弦景观。但事实上,任何包含变量参数的理论都可以构成景观,比如说标准模型景观。
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1700878833 在最简单的永恒暴胀模型中,不同的物理定律所对应的宇宙泡比例都是常数。因而,不同物理定理成立的可能性不会因为宇宙泡数量的增多而改变。在这一简单场景下,时间以及动力学不会在宇宙定律取舍的过程中(可能要舍去无穷多个)发挥任何作用。在某种程度上,宇宙的分布(指含有不同定律或性质的宇宙的出现概率)达到了一种平衡态,并会永远维持这一平衡态。这样的场景不含时间,它与宇宙自然选择图景截然不同。
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1700878835 每个宇宙泡中的自然规律都随机产生,因此想要允许生命存在,自然规律势必要经过精确的调控。于是,适宜生命生存的宇宙少之又少。于是,我们的宇宙是所有宇宙泡中的异数。
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1700878837 想要将以上场景联系于真实的观测,宇宙学家势必有求于人择原理。就如上文所说,人择原理指出,只有一些宇宙拥有适宜生命生存的自然规律和初始条件,我们只能生活在那些宇宙。人择原理将指导我们从一大堆毫无生机的宇宙之中,挑选出那一小部分宜居宇宙,因为我们所生活的宇宙正属于那一小部分。
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1700878839 值得注意的是,适宜生命生存的宇宙和高产黑洞的宇宙之间有很多共同的特征。两者背后的理论——人择原理与宇宙自然选择假说,都可以解释标准模型参数表现出的精细调控。但是,两个理论提供的解释截然不同。在宇宙自然选择假说中,我们的宇宙是一个典型的宇宙,它的特征使其具有高度的适应性,其他许多宇宙也会享有这些特征;而在永恒暴胀模型中,与我们这个宇宙相似的宇宙极为稀少。在前一理论中,我们得到了一个真实的解释;在后一个理论中,我们仅得到了一个取舍的原则。
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1700878841 解释的不同导致了理论在预言能力上的不同。预言能力指的是,实打实地预言出尚未观测到的宇宙特征的能力。如同上文所见,宇宙自然选择假说已经给出了一些真实的预言。而对于那些通过人择原理来解释宇宙规律或初始条件的理论来说,它们尚未对可行的实验作出任何一条可被证伪的预言。我怀疑,它们永远都给不出这样的预言。
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1700878843 以下是我这样怀疑的理由。任选一个你想解释的宇宙属性,它要么是允许智慧生命存在的必要属性,要么是不必要的属性。如果是前者,我们存在这个事实本身就解释了这条属性的原因。那一小撮允许智慧生命存在的宇宙都必须具有这个属性。再让我们看看后者,那些对智慧生命来说不必要的属性。对于每个宇宙泡来说,自然规律的选择都是随机的,那么后一类宇宙的属性也就随机分布于各个宇宙之中。同样,因为这类属性和生命无关,对于那些存有生命的宇宙来说,这类属性也是随机分布的。于是,这些理论不会对我们宇宙中所观测到的后一类属性作出任何预言。
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1700878845 前一类属性的代表是电子的质量;有很多证据表明,如果电子质量与目前的观测值有很大不同,生命存在的条件会遭到破坏。[13]后一类属性的代表是顶夸克的质量;据我所知,它的值可以大幅变化,我们宇宙的生存条件不会受到丝毫影响。因此,人择原理无法解释目前我们观测到的顶夸克质量。
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1700878847 当然,永恒暴胀理论还是作出了一个有可能被验证的预言:它预言宇宙泡的空间曲率略小于零(空间曲率小于零的空间呈马鞍形;空间曲率大于零的空间呈球形)。如果我们的宇宙真的来自暴胀多重宇宙中的泡泡,那么这条预言肯定也适合我们的宇宙。
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1700878849 这是一个实打实的预言,但想要测试它,我们还要克服许多问题。首先,这个略小于零的曲率其实很接近于零。不管是正是负,我们总是很难区分零和一个小小的数字。事实上,就目前的实验误差而言,时空的曲率好像是零。退一步说,假设未来我们进行了更好的实验,得到了更好的数据,区分空间曲率略大于零、略小于零还是刚好是零,仍然很难。任何科学实验总伴随着测量中的不确定性。鉴于这些不确定性的存在,想要通过观测证伪这一预言尚需时日。
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1700878851 纵使验证了我们宇宙的空间曲率稍小于零,这一观测本身并没有证明多重宇宙的存在。许多其他宇宙模型也和这一观测相容。举个例子,我们的宇宙就是爱因斯坦方程在负曲率条件下的一个简简单单的解,这并不需要多重宇宙。此类解确实存在,我们也确实无须借助暴胀理论对它们的存在进行论证。再举个例子,暴胀就仅仅制造了一个宇宙泡,而没有制造多重宇宙。没有任何观测可以验证其他宇宙的属性,因为这些其他宇宙不会影响我们的宇宙。
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1700878853 时间重生:从物理学危机到宇宙的未来 [:1700876990]
1700878854 你要从帽子里同时取出两个数字
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1700878856 永恒暴胀模型需要构筑于一组可能的理论集合之上。数量庞大的弦论为之提供了选择。
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1700878858 正如此前提到的那样,斯特罗明格于1986年撰文指出,存在许多不同版本的弦论,它们构成了一大片弦景观。2003年,这一场景恶化成了一场难以忽视的危机。人们发现,大约有10500种不同弦论可以给出略大于零的宇宙学常数。[14]当然,尽管这个数字很大,它仍然是个有限数。2005年,麻省理工学院的物理学家华盛顿·泰勒(Washington Taylor)和同事一道发现,存在无穷多个不同版本的弦论可以给出略小于零的宇宙学常数。[15]
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