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1700917711 图5-3 我们用图4-8中的机制来表示永恒暴胀,假设暴胀创造出了3个无限的区域,那么,想要在不同区域间穿行是不可能完成的任务,因为暴胀不停地在你和目的地之间创造出新的空间,其速度远大于你穿行其中的速度。
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1700917713 这意味着,如果你居住在其中一个第一层多重宇宙中,你根本不可能去拜访相邻的某一个——暴胀不停地在边界区域创造出空间,速度非常快,你根本不可能穿越过去。
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1700917715 这就好像我和孩子们玩的火箭游戏,我会假装他们坐在火箭的后座上,我带着他们一起前往第一层多重宇宙的边界:
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1700917717 “老爸,我们到了吗?”
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1700917719 “还有一光年。”
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1700917721 “老爸,我们到了吗?”
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1700917723 “还有两光年。”
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1700917725 也就是说,尽管其他第二层平行宇宙与我们处于同一个空间中,但它们与我们的距离无限远,即使我们以光速前进,也永远无法到达它们。与之不同的是,其他第一层平行宇宙从本质上说是可以到达的,你甚至能去往第一层多重宇宙中任意远的地方,只要你有足够的耐心,并且拥有一台宇宙膨胀减速器[17]。
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1700917727 我在图5-3中简化了许多因素,比如忽略了空间正在膨胀。图中,我用垂直的细线将几个U形的第一层多重宇宙分开,而这里正是永恒暴胀的区域,它们膨胀得非常迅速,并且其中有一些地方最终会停止暴胀,孕育出新的U形区域。如果考虑到上述特征,会更加有趣,因为第二层多重宇宙其实更像图5-4中展示的树形结构。
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1700917732 图5-4 空间持续膨胀,暴胀零星终结,使第二层多重宇宙长成了树状结构。在树枝内的时空区域,暴胀会持续下去,而树枝间的U形区域则是暴胀结束的产物,每个U形区域都代表着一个无限的第一层多重宇宙。
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1700917734 任何暴胀的区域都会膨胀得非常迅速,但是暴胀最终将会在其中一些部分终结,形成U形区域,而每一个U形区域都是一个无限的第一层多重宇宙。这个树形结构的树枝会永远生长下去,创造出无数多个这样的U形区域——所有U形区域一起组成了第二层多重宇宙。在每一个U形区域内,暴胀的终结都将把暴胀物质转变为粒子,最终聚集形成原子、恒星和星系。阿兰·古斯喜欢把每一个第一层多重宇宙叫作“口袋宇宙”(pocket universe),因为它可以很方便地塞进这个树形结构的树枝上。
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1700917736 花样繁多!被改变了的定律
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1700917738 在本章前面部分,我曾提到,第二层多重宇宙可以包含许多不同的无限区域,而这些区域内的物理定律也不尽相同,甚至可能有着天壤之别。诚然,这听起来十分古怪,物理定律怎么可能允许不同的物理定律存在呢?关键在于,从定义上来说,物理定律可以分为基本物理定律(fundamental laws of physics)和有效物理定律(effective laws of physics)。基本物理定律无论在何时何地都是一成不变的,但它能衍生出复杂的物理状态;在不同的物理状态中,有自我意识的观察者就会推论出不同的有效物理定律。
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1700917740 如果你是一条鱼,一辈子都生活在大海里,那么你可能会错误地认为,水并不是一种物质,只是空旷的空间。人类眼中那些水所拥有的性质,比如,游泳时受到的摩擦力,都被你这条鱼误认为是基本物理定律。例如,你会认为:“一条匀速运动的鱼如果不扇动鱼鳍,就会停下来,变成静止状态。”你可能根本不知道水有3种不同的状态——固相、液相和气相。你也可能不知道,你所谓的“空旷的空间”实际上只是液相——这是描述水的方程的一个特殊解。
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1700917742 这个例子可能听起来很傻,如果一条鱼真的这么想,我们也许会忍不住嘲笑它。但是,我们人类所认定的空荡荡的空间有没有可能也是某种奇妙的介质呢?如果真是这样,我们也应该遭到嘲笑!实际上,越来越多的证据表明,这确实是事实。不止“空旷的空间”是某种介质,这种介质似乎还拥有许许多多种状态,比水的3种状态多多了,可能约有10500种,甚至可能有无数种。这就开启了一种可能性:除了弯曲、拉伸和振动,我们的空间还可能存在与水的冻结和蒸发类似的性质!
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1700917744 物理学家是怎样得出这个结论的呢?如果一条鱼足够聪明,它就能通过实验证明自己的“空间”只不过是一些遵循着数学公式的水分子。再对这些公式进行研究,它就能如图5-5中画的那样,得出这些公式的3个解,分别对应着三相,也就是固态的冰、液态的水和气态的水蒸气,即使它可能一辈子都没有见过冰山和喷着水蒸气的海底火山口。同样,我们物理学家也正在寻找着那些能够描述我们的空间及其内容物的公式。我们还没有找到最终的答案,但是我们目前所得到的近似解和水有许多相似之处——它有不止一个解(也就是相),可以描述均匀的空间。在最终答案的候选者中,弦理论是最有可能拔得头筹的那个,人们发现它存在至少10500个解。而对其他候选者(比如圈量子引力论)来说,目前也没有迹象表明它们只存在唯一的解。物理学家喜欢把一个理论可能存在的所有解的集合称作这个理论的“图景”(landscape)[18]。不同的解所具有的不同性质组成了各自的有效物理定律,但它们都是相同的基本物理定律容许范围内的不同可能性。
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1700917749 图5-5 空间可能冻结吗?一条鱼可能会把周围的水看作空旷的空间,因为这是它知道的唯一介质。但是,如果有一条聪明的鱼发现了水分子所遵循的物理定律,它就会意识到水分子有3种不同的解,也就是“相”,包括它所知道的液态水以及它永远看不见的冰和水蒸气。同样,我们所认为的空旷空间也可能是一种介质,它可能拥有超过10500种状态,而我们只经历着其中一种。
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1700917751 这和暴胀有什么关系呢?令人惊讶的是,永恒暴胀有能力创造出任何一种可能存在的空间类型!它将整个图景变为了现实。事实上,对空间的每一种相,暴胀都能创造出无数多个第一层多重宇宙,每一个的内部都充满了这种相。这意味着,我们这些观察者很容易被愚弄,也很容易得到和鱼儿一样错误的结论:由于我们观察到我们的宇宙空间中处处拥有相同的性质,所以我们很容易错误地认为其他地方的空间也同样如此,认为它们与我们的空间一样,拥有同样的性质。
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1700917753 暴胀是如何做到这一点的呢?要让空间发生相变,需要大量能量,而我们日常观察到的种种过程都不具备这样的能量,所以无法完成这种改变。但是,回溯到暴胀的时代,每个微小的空间内都蕴藏着巨大的能量,足以使得前文提到过的量子涨落在微小的区域内触发偶然的相变,这个小区域随后暴胀为一个硕大无朋的区域,其内部处处拥有相同的相。此外,一个区域要停止暴胀,必须要处于特定的相,才能够保证两种相之间的边界区域处于永恒暴胀的状态。所以,每种相都各自把一个第一层多重宇宙塞得满满当当。
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1700917755 那么,这些异相的空间看起来什么样呢?
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1700917757 想象一下,假如你以前从来没有听说过汽车,也完全不知道汽车的工作原理,可是你生日那天却收到了一辆汽车作为礼物,车钥匙就插在点火装置上。你十分好奇,钻进车里,东摸西搞,把各种按钮、旋钮、控制杆都试了一遍。最后,你终于发现了正确的使用方法,并学会了开车,开得还相当不错。但是,假设有人在你拿到车之前,神不知鬼不觉地把变速杆旁表示倒车挡的字母“R”擦掉了,并对变速器动了手脚,导致你必须使出全身力气才能把变速杆换到倒车挡。这意味着,除非有人告诉你真相,那么你可能永远也不知道车还能倒着开。如果有人向你请教如何开车,无一例外,你会错误地向他断言,只要发动机尚在运行,那么,油门踩得越狠,向前的车速就越快。同样,如果此时在另一个平行宇宙中,同一辆车被改装后,需要巨大的力量才能向前进而不是向后退,那另一个你可能会总结道:“这台奇怪的机器只能倒着开。”
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1700917759 我们的宇宙和这辆车有异曲同工之妙,它有一堆控制用的“旋钮”(见图5-6)。这些旋钮正是规定物体随外力如何运动的定律——就是我们在学校里所学的物理定律,包括所谓的自然常数。每设定一次旋钮的位置,都相当于设定了空间的一种相,所以,假如一共有500个旋钮,每个旋钮有10个可选的档位,那么,空间就总共有10500种不同的相。
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