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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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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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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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那么,这些异相的空间看起来什么样呢?
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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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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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图5-6 在第二层多重宇宙的不同区域,时间和空间的内在结构也像是装有控制旋钮,可以拨动到不同的档位,分别代表着不同的设定。在第9章我们将看到,我们的宇宙似乎装有32个可以连续无级变档的旋钮,另外还有一些有级变档的旋钮,控制着粒子的类型。
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当我还在上高中时,老师告诉我们,这些定律和常数都是放诸四海而皆准的,永远不会随地点和时间而改变。这显然是错误的。可是,他错在哪里呢?原来,要拧动这些控制宇宙的旋钮,改变它们的档位,就像扳动那辆汽车里的变速杆一样,需要巨大的能量——比我们目前所能支配的能量大多了,所以,我们根本不知道这些设定竟然可以改变,甚至连这些设定的存在都不知道。但是,与汽车变速杆不同,大自然的“旋钮”隐藏得非常好。这些“旋钮”以所谓的“高质量场”(high-mass fields)等晦涩不清的形式存在,不仅改变它们需要巨大的能量,甚至连探测到它们的存在也需要相当大的能量。
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那么,物理学家们是如何发现这些旋钮的存在,以及它们竟然可以在巨大的能量作用下,改变宇宙运行规律的呢?用同样的方法,你也能发现你的车竟然还能倒着开,只要你拥有足够的好奇心。这种方法就是,认真研究各个零件的工作原理!比如,仔细钻研一下变速箱。同样,对自然界最小的基本构件进行仔细研究后,人们发现,只要加诸足够的能量,它们就会重新排列,改变宇宙的运行规律,我们将在下一章对这些基本构件进行探索。永恒暴胀可能早已向量子涨落提供了足够的能量,并在不同的第一层多重宇宙中触发了这种重新排列。这就好像一只身强力壮的大猩猩闯进一个停满了车的停车场,大肆地随意破坏车里的按钮和变速杆。等它搞完破坏,一定有一部分车处在倒挡上。
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总而言之,第二层多重宇宙从根本上改变了我们对物理定律的传统观念。许多曾被认定为放诸四海而皆准、不随时间和空间而变化的基本定律,到头来原来都只是有效物理定律,就像只对本地人有约束力的地方法规一样,每个地方的旋钮设定都可能不一样,从而形成不同的相。表5-2总结了这些观念及其与平行宇宙的关系。这延续了一个古老的趋势——曾几何时,哥白尼认为行星轨道成完美的圆形是基本物理定律,而现在,我们知道非正圆形的轨道更加普遍。行星轨道偏离正圆形的程度(天文学家称之为“离心率”)就好似一个可控的旋钮,但是,一旦太阳系已经形成,这个旋钮的相位就很难改变,即使可变,变的速度也很慢。第二层多重宇宙把这种概念上升到了一个新高度,将许许多多基本物理定律都降级为了有效物理定律。我们接下来将继续探索这一点。
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表5-2 本书中与多重宇宙相关的术语和解释
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微调性是第二层多重宇宙的证据
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那么,第二层多重宇宙究竟是否存在呢?此前我们已经看到,永恒暴胀的证据(已经有很多了)正是第二层多重宇宙的证据,因为后者是前者的预测。我们也看到,如果一些自然规律或常数本质上是可以随地点而变化的,永恒暴胀就会让它们在第二层多重宇宙中全部实现。那么,有没有更多直接的证据来证明第二层多重宇宙的存在,而不用如此依赖理论推测呢?
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在这一节中,我将论证这个观点,即我们的宇宙似乎经过了某种精细微调,以适应生命的出现。从根本上说,我们发现,前面提过的那些旋钮似乎被调到了非常特殊的数值,如果有人哪怕极其轻微地改变了这些数值,我们所知的一切生命形态都不可能出现。比如,如果旋动暗能量的旋钮,星系将不可能形成;再旋动另一个旋钮,原子就会变得不稳定,诸如此类。这就好像,如果我没有经过飞行训练就去开飞机,面对驾驶舱里琳琅满目的旋钮,我肯定立刻吓趴下了。但是,如果我有能力随意拧动我们宇宙的旋钮,毫无疑问,我能活下来的概率肯定更低。
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据我观察,人们对已观测到的微调性有三种反应:
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●偶然说。有人认为,这只是一种偶然的巧合,别无长物。
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●设计说。有人认为这是一个证据,说明我们的宇宙是由某种实体(也许是一个神,或者一个高级的宇宙模拟生命形态)设计出来的,它谨慎小心、一丝不苟地把那些旋钮微调到了允许生命存在的数值。
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●多重宇宙说。有人认为这是第二层多重宇宙存在的证据。因为,如果旋钮的每个档位都可能出现于某处,那么,自然地,我们当然会发现自己处在一个最适宜的区域。
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接下来,我们将探讨“偶然说”和“多重宇宙说”,在第11章探索“设计说”。不过首先,让我们先来看看到底有哪些微调证据,给我们带来了这么多麻烦。
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微调暗能量,让宇宙正常运转
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我们在第3章中已经看到,我们的宇宙史就是一场万有引力的拔河比赛,对战双方是暗物质和暗能量,前者千方百计想把物质聚集在一起,而后者则处心积虑地将物质分离开。由于星系形成需要将物质拉拢在一起,所以我把暗物质看作我们的朋友,而把暗能量看作我们的敌人。曾经,暗物质在宇宙中占大多数,它那友善的万有引力帮助星系聚集成型,比如我们的银河系。然而,随着宇宙膨胀,暗物质被逐渐稀释,但暗能量却没有被稀释。暗能量无情的万有“斥力”最终占了上风,遏制了更多的星系形成。
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这意味着,如果暗能量的密度极其庞大,它就会赶在第一个星系形成之前迅速占据上风。这样一来,宇宙就会胎死腹中,永远陷入黑暗的深渊,没有一丝生命的火种,只有近乎均匀的气体。反过来说,如果暗能量密度减少到负值(爱因斯坦的理论允许这样的情况存在),那么我们的宇宙就会停止膨胀,生命还来不及进化,宇宙就会坍缩为灾难性的“大挤压”。简而言之,如果你真的找到了旋动“暗能量旋钮”(见图5-6)以改变暗能量密度的方法,拜托你,两个方向都不要调得太多,因为这对生命来说是一件糟糕的事——这就像按下了关机键。
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