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1700917611 假设暴胀真的发生了,并让我们的空间变得无边无界。那么这样一来,第一层平行宇宙的数量也会变得无穷无尽。此外,无限的空间中会充满物质,与我们的宇宙类似,将逐渐形成原子、星系、恒星和行星(见图4-8)。这意味着,大部分第一层平行宇宙的历史都与我们的宇宙大体相似。不过,绝大多数细节都与我们迥异,因为它们的初始状态稍有不同。原因正如我们在第4章中所看到的那样,孕育宇宙中所有结构的起伏种子是由量子涨落所产生的,而从实际操作的角度出发,量子涨落是随机发生的。
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1700917613 我们对世界的物理描述通常分为两个部分:一切是如何开始的,以及它们是如何演变的。换句话说,就是初始状态和物理定律,后者决定了初始状态随时间的发展将如何演化。栖居于第一层平行宇宙中的观察者眼中的物理定律与我们是相同的,但是他们的初始条件与我们不同。比如,在初始状态中,粒子的位置可能会稍有不同,正是这一点差异最终决定了宇宙中将发生什么故事:哪些地方会变成星系,哪些地方会成为星系间的空虚之地,哪些恒星会拥有行星,哪些行星上会出现恐龙,哪些行星上的恐龙会因小行星撞击而灭绝,诸如此类。也就是说,平行宇宙之间由量子引发的差异随时间而放大,逐渐演化成了千差万别的宇宙历史。简而言之,第一层平行宇宙中的学生们在物理学课堂上学的东西是相同的,但历史课的内容却完全不同、百花齐放。
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1700917615 说了这么多,这些学生到底存不存在?感觉上,你们极不可能经历完全相同的人生,因为这需要太多太多巧合:地球必须形成,生命必须进化,恐龙必须灭绝,你的父母必须邂逅,你还必须读这本书,等等。然而,这些事情同时发生的可能性并不等于零,因为我们的宇宙中就发生了这样的事呀。如果你掷骰子的次数足够多,即使是最不可能发生的事,也一定会发生。由于暴胀创造出了无数个第一层平行宇宙,这就像让量子涨落掷了无数多次骰子,保证了你的分身存在于其中一个平行宇宙中的可能性为100%。实际上,你的分身并不止存在于一个平行宇宙中,而是无数多个平行宇宙,因为无穷大的一小部分还是无穷大。
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1700917617 更有甚者,无限的空间中不仅包含和你一模一样的人,它还包含许许多多和你大体相似但略有差别的版本。所以,如果你遇到最近的那个分身,你们很可能无法交流,因为他可能只会说你听不懂的外星语言,也拥有着和你截然不同的人生经历。但是,在这些讲鸟语的分身中,总会有一个讲英语或中文的,居住在一颗和地球几乎完全一样的行星上,经历着和你在各方面都几乎完全相同的人生。这个人的主观感受和你非常相似。尽管可能存在一些细微的差异,比如大脑中粒子的运动方式不同,但这太过微妙,根本无法察觉到。然而,也许正是这点毫厘之差,让他决定放下这本书,而你决定继续读下去,使得你们俩的人生开始走向不同的方向。
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1700917619 这引出了一个有趣的哲学观点,如果真的存在无数个和你拥有相同过去和记忆的“你”,这将扼杀掉传统的决定论观点,也就是说,即使你完全了解关于宇宙整个过去和未来的所有知识,你也不能预测自己的未来!你之所以无法预测,是因为你不知道在这么多分身中,哪一个才是“你”(他们都觉得自己是你)。由于你们的人生最终将走向不同的轨迹,所以你最多只能预测从今往后你可能会经历哪些可能性。
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1700917621 总的来说,在一个由暴胀创造出来的无限空间中,只要是遵循物理定律的事,就一定会发生,并且发生的次数为无穷大。这意味着,在有的平行宇宙中,你一辈子都不会拿到停车罚单,或者你的名字不一样,或者你赢了100万美元的彩票;甚至在有的平行宇宙中,德国赢了第二次世界大战,或者恐龙依然横行于地球上,或者地球从一开始就压根儿没有形成过。尽管不同平行宇宙的数量都是无穷多,但有些所占的比例更大一些。要想明白这个问题,会引出一堆迷人的话题,我们将在第10章继续探讨。
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1700917623 永恒暴胀的“捆绑商品”
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1700917625 等一下!我刚才说的一切是不是疯了?我的意思是说,到目前为止我在这本书里所写的东西,希望你都能觉得很合理。当然,我写的一些科学发现在当初可能颇有争议,但现在至少它们都被科学界的主流思想接受了。但是,在这一章,一切开始变得有点疯狂。我们刚讨论过,可能存在无数个你,正在做着我们能想象出来的所有事情——这听起来像是胡扯,简直是胡说八道。所以,在更加深入探讨这个疯狂的想法之前,我们需要停下来,检查一下自己精神是否正常。首先,这些我们根本无法观测到的种种怪异真的是科学呢,还是我已经越出了科学的边界,踏进了纯粹的哲学思辨?
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1700917627 让我们更具体一些。著名哲学家卡尔·波普尔(Karl Popper)普及了一个如今被广为接受的格言:“如果不可证伪,那就不是科学。”在物理学中,人们所做的一切几乎都是用观察来验证数学形式的理论。如果一个理论本质上不能被验证,那从逻辑上说,它就不可能被证伪,这样一来,根据波普尔的定义,它就是不科学的。由此可以得出结论,理论是唯一有希望具备科学性的东西。所以我们得出了以下这个重要的观点:平行宇宙并不是一个理论,而是特定理论作出的预测。
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1700917629 此处所说的特定理论,指的就是暴胀这样的理论。平行宇宙(假设它们真实存在的话)是物体,而物体是不可能具有科学性的,所以平行宇宙并不比一根香蕉更科学。
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1700917631 所以,我们必须对关于理论的哲学思辨问题做一些改进,这将把我们引向下面这个关键的问题:一个预测了不可观测实体的理论就是不可证伪和不科学的吗?我觉得这个问题很有趣,因为它有一个清楚明确的答案:要证明一个理论是可证伪的,我们并不需要检验它的所有预测,只需要至少检验其中一个就够了。表5-1所示为一些类似的情况。
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1700917633 表5-1 一些理论及其预测举例
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1700917638 由于爱因斯坦的广义相对论成功地预测了许多可被我们观测到的事物,比如水星绕太阳旋转的精确轨迹、被万有引力弯曲的光线、万有引力的钟慢效应等,所以我们把它看作一个成功的科学理论,并认真地相信它所作出的那些不可观测的事物。比如,黑洞视界内的空间是连续的[12],并且在视界上也不会发生什么稀奇古怪的事,这与早期的错误观念是相悖的。与之相似,暴胀理论也作出了许多成功的预测,于是它也成了一个成功的科学理论,这使得我们也应该相信它作出的其他预测——不管是可检验的预测(比如,未来的宇宙微波背景实验结果将是什么样),还是看起来不可检验的预测(比如,平行宇宙的存在)。表5-1最后3项所涉及的理论将预测出其他类型的平行宇宙,我们将在本书后面的章节中进行讨论。
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1700917640 关于物理理论,还有一件重要的事就是,如果你喜欢某个理论,那你必须全盘接受它的一切。你不能说:“好吧,我喜欢广义相对论对水星轨道的解释,但是我不喜欢黑洞,所以我决定把后者从脑子里删除。”你不能这么做。如果你要选择广义相对论,就绝不能抛弃黑洞,这就像你不能买一杯咖啡后却不接受里面的咖啡因一样。广义相对论是一个严格的数学理论,没有修改的可能性;要么你就全盘接受它的所有预测,否则你就得从零开始,自己发明一个符合广义相对论所有成功的预测,但是却不存在黑洞的全新数学理论。这简直比登天还难。并且,到目前为止,所有这样的尝试都失败了。
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1700917642 同样,平行宇宙也是永恒暴胀理论不可或缺的一个预测。它们就像一包捆绑销售的商品,如果你不喜欢它们,你就得去寻找一个不同的数学理论,它不仅要能解释爆炸问题、视界问题和平坦性问题,还必须能创生出宇宙的种子涨落——同时预言平行宇宙不存在。事实证明,这也难于上青天。这正是为什么在我的同行们中,越来越多的人选择相信平行宇宙(尽管常常极不情愿)。
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1700917644 所有可能发生的事,都一定会发生
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1700917646 现在我们已经解决了一件事——我们不用为在本书里讨论平行宇宙而感到不好意思,即使这本来应该是一本科学书籍。但是,科学的东西也不一定完全正确,所以,让我们一起来更仔细地看看平行宇宙的证据。
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1700917648 在本章前文,我们已经看到,包含着你众多分身的第一层多重宇宙是永恒暴胀理论的一个逻辑结论。我们也看到,暴胀理论目前是科学界在早期宇宙演化领域最流行的理论,由于这个暴胀是永恒的,所以创造出了第一层多重宇宙。也就是说,第一层多重宇宙的最佳证据正是我们对暴胀所拥有的证据。这是否能证明你的分身们真的存在?当然不能!在这个时刻,我们并不能100%地确信暴胀是永恒的,甚至不能确定暴胀到底有没有发生过。幸运的是,目前对暴胀的研究是一个在理论和实验上都非常活跃的领域,所以,在今后的几年里,我们很可能将获得更多关于暴胀的证据,有的可能支持它的存在,也有的可能反对(同时也将成为支持或反对第一层多重宇宙的证据)。
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1700917650 到目前为止,本章的所有讨论都是基于暴胀理论进行的。然而,第一层多重宇宙理论的存亡是否完全取决于暴胀呢?不是的!假如根本不存在第一层平行宇宙,那么,在我们所能观测的宇宙空间之外,一定也空无一物,连空间都不存在。在我的同行中,没有一位认为空间会如此之小。如果有人为这种理论辩护,他就像一只把头埋在沙子里的鸵鸟,同时还声称只有他能看见的东西才是真实存在的。我们都接受那些尽管现在不可见,但随着我们改变位置或继续等待就会变得可见的事物,比如海平面以外的船只。宇宙视界之外的事物也处在同样如此的位置,因为我们的可观测宇宙正在以每年大约1光年的速度增长,因为从那个边界发出的光终于旅行到了我们眼前[13]。
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1700917652 那么,对于那些与我们一个模子印出来的分身,有什么证据吗?如果我们梳理一下上面的讨论,就会发现,第一层多重宇宙所具有的“所有可能发生的事情,都一定会发生”的性质,遵循两个逻辑不同的前提假设。即使没有暴胀,人们也确信这两个假设是正确的。
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1700917654 ●无限的空间和物质:在早期,空间就是无限的,充满了炽热的、不断膨胀的等离子体。
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1700917656 ●随机的种子:在早期,某种机制播撒下了这样的种子,使得任何区域都能孕育出任意一种可能性的种子起伏,它们看起来是随机的。
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1700917658 让我们来依次讨论一下这两个假设。我认为第二个假设即使没有暴胀也十分合理。我们已经观测到这些看似随机的种子起伏的存在,所以我们知道,它们一定是某种机制创造出来的。我们也已经用宇宙微波背景和星系天图精确测算了它们的统计学性质,而它们的随机性质正好符合统计学家们所谓的“高斯随机场”(Gaussian random field),也满足第二个假设。此外,如果暴胀没有发生,遥远的区域就永远无法彼此沟通(见图4-2),这就保证了在每个区域内,这种机制都将独立地掷骰子。
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1700917660 那么,无限的空间和物质这一假设呢?其实,早在暴胀理论发明之前,主流宇宙学界就假设宇宙是一个相当均匀地充满着物质的无限空间。到现在,它是宇宙学标准模型中的一部分。尽管这个假设与它所暗示的第一层多重宇宙曾存有争议,但实际上,历史上曾有许多饱受争议的理论,比如1600年梵蒂冈为了将布鲁诺烧死在火刑柱上而控诉的那些异端邪说。最近,有许多人都就该主题发表了论文,比如乔治·埃利斯(George Ellis)、杰夫·布伦德里特(Geoff Brundrit)、贾米·加里加(Jaume Garriga)和亚历克斯·维兰金,他们很幸运,并未受到火刑柱的惩罚。不过,还是让我们用批判的眼光来看看无限的空间和物质这个假设吧。
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