多重宇宙的痕跡在哪里？

你是否曾經想過，曾經的某個決定如果做了另一種選擇，現在的生活是什么樣子？這些“假如”有沒有可能在其他地方上演？在過去的幾年中，多重宇宙的想法得到了越來越多的支持，根據這個假設，我們的宇宙只不過是無數宇宙中的一個。那么，多重宇宙是如何產生呢？其中的宇宙之間又有著什么樣的相似性或者差異呢？

多重宇宙會讓人構想出許多相互平行的現實，其中一些和我們的只有著細微的差別。量子力學的多重世界解釋確實預言了這種類型的多重宇宙。量子力學雖然很“奇特”，但它是迄今最成功的描述微觀世界的理論。在多重世界中，每一個可能的量子態都會分叉發育成一個新的宇宙。換句話說，物理上每一個可能的動作、每一種可以采取的選擇，都可以并且會在其他地方發生。

這樣的平行宇宙也許存在，可能有一天我們真的會發現能佐證量子力學這一多重世界解釋的證據。然而，這些平行宇宙是永遠也無法被觀測到的，它們以一種我們幾乎無法理解的方式獨立于我們的宇宙之外。宇宙學家感興趣的是更為具體的多重宇宙——雖然超出了我們所在宇宙的現實，但仍然是可知的。

我們的宇宙擁有一個視界，類似于地球上的地平線。如果你身處大海中的一個小島，當你爬到它的最高點時，你能看到的最遠距離是有限的，你無法直接看到遠在地平線之外的東西。但是，你仍有可能獲得有關這些東西的信息，例如漂來的漂流瓶。你可以了解發生在地平線之外的事情，因為來自它的各種信號可以抵達你所在的小島。

在我們的宇宙中，它的“地平線”即視界，要遠得多。實際上，它到我們的距離在每個方向上都達到了約465億光年。光速有限和宇宙自大爆炸創生以來一直在膨脹是形成這一邊界的兩大原因。根據目前最準確的測量結果，宇宙大爆炸生于 138 億年前，因此我們所能看到的物體發出的光必須要在這個時間之內抵達我們。

事實上，由于極早期宇宙的密度極高，大爆炸之后會形成的一個極其明亮但不透明的火球，經過大約40萬年的冷卻之后它才變得透明。隨著宇宙空間的膨脹，從這個火球發出的光被拉伸成了不可見的微波輻射，目前，它是我們可以直接觀測到的最遙遠的物體，被稱為宇宙微波背景輻射。它在尋找多重宇宙的證據中發揮了關鍵作用。據估計，微波背景輻射的確切距離為465億光年。最遙遠的光已傳播了138億年。在光傳播的過程中，空間也在一直在膨脹。

我們不知道視界之外是什么，但我們可以從可見的東西進行推測。在這些大尺度上，宇宙是非常均勻且各向同性的，意味著在我們可見的每個方向上、在我們可見的每個地方，宇宙都是完全一樣的。因此，絕對存在一個比我們所能看到的更為廣闊的宇宙，但它也許和我們的并沒有什么不同。這正是現代宇宙學的一個基本假設，即宇宙學原理。

這些遙遠的時空究竟能延伸出去多遠是一個很有意思的問題，它取決于時空本身的形狀。不同的估計認為，宇宙的真正大小從可觀測宇宙的約250倍大（假設宇宙是閉合的）到無窮大（假設宇宙空間是平直或開放的）不等。然而，延伸出去的空間屬于一個更為廣闊的宇宙，而這個宇宙和我們的宇宙在本質上是相似的。事實上，如果宇宙真的是無窮的，或接近無窮的，我們可以預期，在宇宙中必定存在一個極其遙遠的地方，那里會和我們的可觀測宇宙一模一樣。

這些“副本”宇宙以及生活在其中你我的“副本”距離我們有多遠呢？我們的可觀測宇宙有著465億光年的半徑，包含有10118個粒子。試著想象一下這些粒子在可觀測宇宙中所有可能的排列組合，粗略計算，可以得到有10的10后面加118個零次方的可能性。雖然這個數字看上去很大，但如果宇宙真是無窮大的，那么就有足夠的空間來使得其中的粒子一次又一次地重復我們宇宙的特定組成。

如果還有另一種類型的多重宇宙又會怎么樣呢？在這些多重宇宙中有一個和我們的宇宙截然不同。這正是令許多宇宙學家著迷的，在它背后有一個核心概念，被稱為“永恒暴脹”。

在日常生活中，我們熟知物質的物態，或者稱為“相”。例如，水分子可以是液態的水、固態的冰或氣態的水蒸氣。但在基本物理學中，不單單物質具有相，我們周圍的一切，包括時空本身，都具有相。弦理論這樣的高能物理學理論預言存在大量的相。當然，這些相之間的差異要遠遠超過水與冰之間的差別。不同的相可以擁有不同的物理學規律。例如，在某些相中會不含有構成我們宇宙的基本粒子，比如電子和夸克；在另一些相中，電子和夸克則可能具有不同的形式和性質，比如電荷和質量。這些相是目前最前衛的宇宙學理論的共有特征。

不同相之間可以具有不同的性質，其中之一便是“真空能”的強度，它彌漫于整個空間中。在過去的幾十年中，天文學家已經發現了強有力的證據，證明在我們的宇宙中存在少量的真空能，被稱為暗能量。正是它在驅動宇宙加速膨脹，否則宇宙的膨脹速率會不斷減慢。在其他的相中，真空能可以不存在，或者強得多，甚至具有負值。這是在多重宇宙中創造出新宇宙的關鍵。如果所有這些不同相都可以存在，那么它們之間就可以轉換，就像冰、水和蒸汽之間的變化。

在某個初始時刻，宇宙中每個地方都可以有一個相。具有不同相的區域就像香檳中的氣泡，或多或少是呈隨機分布的。這就像拋硬幣，對于一個給定的相，它的真空能要么為正，要么為負，但其中總有一些會是正的。如果真空能足夠大，那么這個宇宙泡就會指數式地膨脹，在幾分之一秒的時間里大小就會翻番，再翻番，并依此類推下去。因此，在這些區域中，空間會發生爆炸。如果這些相本身是不穩定的，那么宇宙泡就會在它們之中形成。這就是宇宙學家所說的永恒暴脹。這是一個相當令人興奮的概念。如果它是正確的，那么我們可能就位于這些宇宙泡中的一個。在這個宇宙泡之外，則有可能存在非常奇特的東西，例如極高速的暴脹、不同的物理學定律，甚至還可能有不同的維度。一旦你越過了我們所在宇宙泡的邊界，就會發現多重宇宙絕對不會平淡無奇。永恒暴脹可以解釋有關我們宇宙的最大謎團之一。

我們宇宙的特性似乎是為生命而精確調校過的。例如，如果引力常數稍稍增強一點，或者電子的電荷稍稍減小一點，又或者把粒子束縛在一起的力稍稍減弱一點，那么恒星和行星就將無法形成，我們也就不會在這里了。一切都剛剛好，增之一分則太長，減之一分則太短，至今還沒有人能解釋這是為什么。但是，如果存在著無窮多個宇宙泡，它們有不同的特性，那么其中就必然會有一個宇宙——我們自己所在的宇宙，那里的各種特性都恰到好處，由此可以解釋我們為什么能存在。

當然，最大問題的之一是，我們是否能找到支持這一理論的證據，或者否定它——這是檢驗一個理論是否真的是科學的關鍵，在技術上被稱為“可證否性”。對于多重宇宙理論的普遍批評就在于其既不能被證實，也不能被證否。

多重宇宙其實也具有可觀測的效應。如果其他的宇宙泡和我們的靠得足夠近，那么它就會和我們的宇宙泡發生碰撞。以現有的技術來看，探測這一現象還有很長的路要走，但并非不可能。事實上，你可以計算出這一現象看上去會是什么樣的，也就知道了要尋找什么。因此，多重宇宙理論具有可檢驗的預言，而這也使得它是可證否的。它預言我們宇宙泡的空間幾何是開放的。如果對宇宙幾何形狀的測量顯示它是封閉的，就能否定這個理論。

那么，與另一個宇宙泡的碰撞會在我們的宇宙中留下什么樣的痕跡呢？如你所料，兩個宇宙間的碰撞無疑是非常劇烈的事件。

宇宙泡的外壁是非常“堅硬”的，運動的速度非常接近光速，因為有作用力在驅動它們膨脹。這些宇宙泡會自然而然地膨脹，“吃掉”它周圍的真空能。這些能量會被轉換成外壁的動能，因此它們會不斷加速，運動得越來越快，直至發生相撞。其結果是大量的能量注入我們自己的宇宙泡中，它們會傳播到我們宇宙的每一個角落，科學家將其稱為“宇宙余跡”。我們宇宙中的所有東西都會受到影響，但受影響最嚴重的是宇宙微波背景輻射。這正是科學家想要尋找的，因為它是最古老且最遙遠的輻射，所以受這一事件影響的時間也最長。

大多數計算機模擬結果顯示，宇宙泡間的碰撞會在或多或少呈隨機分布的宇宙微波背景輻射中留下一個溫度稍高的環形結構和一個偏振圖案。和在隨機平面內振蕩的微波不同，那里的振蕩都指向特定的方向。

到目前為止，天文學家還沒有發現任何有關這一碰撞的有力證據，但在宇宙微波背景輻射中確實存在一些異常現象，似乎和宇宙泡間的碰撞有關。當然，很少有人會真把這些異常當成證據。然而，想象一下，興許真的有某些東西其實就在我們可探測的邊緣。它們會在測量閾值附近產生一些異常現象，一開始沒人會把它當回事，但你也不能排除這種可能性。眼下，科學家正在等待由普朗克衛星測量的全天宇宙微波背景偏振圖。它有別于宇宙微波背景輻射的溫度分布圖，特定類型的宇宙泡碰撞會在偏振圖中留下截然不同的信號。

如果我們的宇宙真的是多重宇宙中無窮多個宇宙里的一個，這對宇宙學的影響將是極其巨大的。根據這個理論，38億年前創生出時間和空間的那一刻僅僅是某一個特定的相出現并開始膨脹的時刻，那么，探究大爆炸之前是什么也變得具有了意義。但是，在這個過程中，我們將不得不面對另一個問題，多重宇宙也應該具有一個起源——如果確實如此，它應該位于不可知的遙遠過去。

不過，對潛在的多重宇宙的研究仍然處于非常初步的階段。科學家現在專注于特定類型的宇宙泡碰撞，因為它們似乎是可以被探測到的最佳機會，除此之外，可能還有其他一些值得探討的東西。另一種可能是，探測多重宇宙需要現今我們還無法企及的完全不同類型的觀測，或者我們壓根還沒想出的正確辦法。重要的是，探測多重宇宙是有可能的，一旦某件事情是可能的，我們就能找到一個聰明的辦法來做到這一點。對此，我們真的還處于起步階段。

延伸閱讀

不同類型的多重宇宙

從不可見的時空區域到復雜的結構，多重宇宙有4個不同的級別。

第1級：在那里存在一個完全一樣的地球

最簡單的多重宇宙是肯定存在的。宇宙起源的大爆炸模型預言，宇宙中的每一個點都被一個“哈勃體積”包圍。它的大小由宇宙膨脹的速率和自138億年以來光線傳播的距離決定。在實踐中，這意味著我們的哈勃體積是一個直徑930億光年的球體，但在我們可見的范圍之外還存在更為廣闊的宇宙空間。如果宇宙的幾何形狀是閉合的，由于空間會彎曲，因此，哈勃體積是一個有限的數字。如果宇宙（似乎最有可能）是開放的，則可能存在著無窮多個哈勃體積，它們每一個都包含有一個宇宙。這意味著在外面的某個地方，存在著一顆幾乎和地球完全一樣的行星。

第2級：我們不可及的膨脹宇宙

弦理論是一個旨在解釋粒子物理學基本規律的潛在的大統一理論。它認為時空至少有十維，在我們的宇宙中我們只能感知到其中的四維：三維空間和一維時間。其他的維度則彼此緊緊地蜷縮在一起，使得我們無法探測到它們。但是，我們的維度結構（或相）僅僅是許多種可能性中的一個。給予適當的條件，新的相就能從一個已經存在的相中創生出來，然后以光速膨脹。這意味著它們是完全不可及的。根據永恒暴脹理論，形成無窮多個有著不同維度和物理學定律的宇宙泡是可能的。

第3級：那里存在你的未來

根據量子力學的多重世界解釋，即使是在最小的微觀尺度上，在可能的結果之間，每一個決策點也會使得宇宙分叉成兩個相互之間不可見的現實。這個構建多重宇宙的驚人想法并非來自弦理論，而是建立在無限維希爾伯特空間之上。雖然你可能會想，根據多重世界理論，將形成比宇宙泡模型更多樣的多重宇宙，但現實的情況是，由于所有的多重宇宙都是無限的，在不同類型的多重宇宙中都會出現同一變體。此外，一些物理學家甚至認為，如果量子力學能以某種方式奏效，那么多重宇宙的多重世界版本在形式上可以等同于更簡單的版本。

第4級：最奇怪的宇宙

假如多重宇宙是對我們自己所在宇宙的擴展，包含有一系列相互關聯的宇宙泡，或者是無窮維的分支結構，那么所有這些“低級別”的多重宇宙僅僅是更廣闊的“終極集合” 的一部分。它把所有可能的多重宇宙——無論它們叫什么——都囊括進了一個純數學的描述中，因此包含所有低級別的多重宇宙，外加仍有待發現的任何其他類型。然而，這僅僅是半哲學論證的一部分，整個多重宇宙是一個數學結構，在其中有意識的實體可以感知物理上的“真實”世界。