一、百納被多重宇宙
百納被多重宇宙是基於宇宙是無限大這個假設建立的。宇宙誕生至今隻有138億光年,所以光在宇宙中傳播最多也就走瞭138億光年。那麼,距離超過138億光年的宇宙區域,光都無法為之建立聯系,我們就可以認為,這兩片區域是獨立存在的。
這裡要說明一下,根據大爆炸理論,宇宙最初膨脹的速度是遠遠超過光速的,所以宇宙的尺寸遠遠大於138億光年。但是這並不違背愛因斯坦的物體運動速度的極限是光速,因為宇宙膨脹初期是真空,所以不受光速限制。
如果把宇宙比喻成一個無限大的被單,那麼這些彼此獨立的空間,就好比被單上一個一個的補丁,所以叫百納被平行宇宙模型。
二、暴脹多重宇宙
這個模型的理論基礎是暴漲場,就是引起宇宙膨脹的量子場。宇宙初期的膨脹是由量子場的排斥性引力引發的,這個時間非常短,暴漲場充滿瞭宇宙空間。就像量子宇宙中所有事物一樣,暴脹場也受到量子不確定性的制約。這就說明,暴脹場的取值存在隨機的量子抖動。開始時,空間區域中每一點暴脹場的勢能都很高。然後,在量子抖動的作用下,空間分成不同的區域。在有些地方,量子抖動把暴脹場從坡頂推瞭下去;而在另一些地方,場的勢能仍然很高。於是暴脹宇宙學就把我們領入瞭第二種平行宇宙理論。
設想宇宙是一塊巨型的瑞士奶酪,其中幹酪質的部分代表暴脹場取值較大的區域,孔洞部分代表暴脹場取值較小的區域。也就是說,奶酪中的孔洞就像我們現在的宇宙,超快速的膨脹已經停止,暴脹場的能量在相變的過程中轉化成一鍋粒子湯,這些粒子隨著時間的推移,會漸漸形成星系、恒星和行星。在這個比喻中,我們已經知道,宇宙奶酪中的孔洞會越來越多,隨機出現在奶酪的各個位置,因為量子機制會降低暴脹場的取值。與此同時,幹酪質的部分會不斷變大,因為其中的高取值暴脹場會引發奶酪的暴脹。合起來考慮,這兩種機制就會導致一塊宇宙奶酪永遠處於膨脹之中,其中點綴著的孔洞越來 越多。用更標準的宇宙學語言來說,每一個孔洞都是一個泡泡宇宙。這就是暴脹的多重宇宙。
三、膜和循環多重宇宙
這個宇宙模型是基於弦論建立的。弦論認為粒子其實是微小的、弦狀的振動著的細絲。不同種類的粒子中包含的弦都是一模一樣的,隻不過振動的模式有所不同。
上紀90年代末,理論傢在弦論中發現瞭2 維膜。還存在3維膜直至9維膜。這些實體就像弦一樣,都可以發生振動和擺動。
我們往往把弦想象成一種細微之物,但事實上,如果給它註入足夠大的能量,它也可以無限拉長。同樣的,高維膜也可以無限放大。這就為弦論開辟瞭一種描述宇宙的全新方式。如果有一塊3維膜非常大,充滿我們的空間,就像水會把魚缸充滿。我們就在一塊3維膜中穿行。我們把這樣的模型叫膜世界。弦論的高維空間可以容納許多個平行的膜世界。有的膜世界可能跟我們的宇宙非常像,其中充滿各種星系、恒星和行星,而有的膜世界則可能大不相同。
那麼,我們為什麼看不見其他的膜世界呢?這就相當於在問,弦能不能離開膜。因為光也是由弦構成的。答案是,閉弦可以,開弦不行。閉弦就是封閉成一圈的弦,開弦就是一根線絲的弦。因為膜是開弦的兩個端點唯一可以駐留的地方,所以開弦就被困在瞭膜中無法離開。而構成光的恰恰是開弦。引力子可以看作是由兩根閉弦復合而成。由於閉弦沒有端點,膜就沒法將它們抓住。因此,引力子可以在膜世界和高維空間中自由往返。於是,在膜世界方案中,引力成為探測我們之外的高維空間的唯一手段。
如果我們生活在一塊滑行的膜中,而附近還存在其他的膜,萬一我們撞到其中一塊膜上,會導致什麼後果呢?就像兩片合上的銅鈸,運動中蘊含的巨大能量會迸發出炙熱的粒子和輻射,它們足以毀滅膜宇宙中的任何組織結構。包括星系、行星,甚至人類,從而為宇宙的重生做好準備。事實上,一塊充滿粒子和輻射的熾熱濃漿的3維膜,就像普通的3維空間一樣會向外膨脹。 隨著膜的膨脹,環境漸漸冷卻,粒子開始聚集,最終產生下一代恒星和星系。
碰撞之後的膜並不會粘在一起,而是會發生反彈。當它們分開的距離達到最大值時,然後再次相互靠近,隨之又發生碰撞。這種宇宙理論的本質是世界在時間中的反復循環,於是形成一種新型的平行宇宙,叫作循環多重宇宙。
斯坦哈特和他的合作者估計,在宇宙的碰撞探戈舞中,一個完整的周期所花去的時間—— 誕生、演變和死亡,大概需要1萬億年。在這個理論中,按照時間順序來看,我們所知的宇宙不過是其中最新的一個。史上曾經出現過的某些宇宙中可能存在智慧生物,他們可能創造瞭文化,但如今這些宇宙早已灰飛煙滅。總有一天,我們的一切努力,以及宇宙中其他生命形式的一切成就,同樣會煙消雲散。
六、景觀多重宇宙
這個宇宙模型的核心思想是量子隧穿效應。粒子的量子抖動常常會使它突然出現在障礙物的另一邊。這種量子隧穿過程何時發生是隨機的。科爾曼和德•盧西亞發現,宇宙也能以自己的方式抖動(它能發生量子隧穿),穿過勢壘到達低能的狀態。
假設一個宇宙具有額外維度,這個膨脹的宇宙和它的額外維在某個隨機的位置和時刻,空間中的一個很小區域穿過勢能壁壘到達另一邊。形成一個新的泡泡宇宙。這個泡泡位於原先宇宙的內部。空間中的這個小區域並沒有發生移動,而是額外維的形式(它的形態、大小、所載的通量)發生瞭變化。這個新的宇宙會快速地膨脹,所到之處的額外維度紛紛變化。這個過程可以重復發生。在原始宇宙的其他位置以及新的宇宙中,更多隧穿事件產生瞭更多泡泡,產生的區域具有不同形式的額外維度。在這樣的過程中,整個空間將會充滿泡泡中的泡泡中的泡泡。最終,連綿起伏的弦景觀中發生的一系列量子隧穿,使每種可能的額外維度都在某個泡泡宇宙中形成。這個大量層層嵌套的泡泡宇宙,就叫景觀平行宇宙。
這個結果是我們前面說過的永恒暴脹的瑞士奶酪多重宇宙的一個更復雜的版本。
七、量子測量的多重宇宙
對量子的測量發現,量子可以同時處於多個位置,註意,是同時。不論你所測量的粒子有幾個位置,比如說5個,結果就會產生5個平行的現實。這5個現實的唯一不同就在於其中每個儀器和每個你的大腦都讀出瞭不同的位置。如果這5個平行現實中的某個你要再次測量另一個粒子,而該粒子有7個位置,那麼這個你和這個你所處的世界將再次分裂為7個平行世界。每個世界都對應一種可能的觀測結果。任何量子力學認為可能發生的事情,都在它們各自的獨立世界中實際發生瞭。這就是量子力學的多世界方法中的 “眾多世界”。
七、全息的多重宇宙
這個理論源於對黑洞的研究。霍金發現,黑洞攜帶的信息量與黑洞的表面積成正比。具體的為,黑洞的表面所容納的,邊長為普朗克常數的單元格的數目。薩斯坎德和特霍夫特強調這個結論應該是普適的:在任何特定的區域中,既然描述物理現象所需的所有信息都可以編碼為邊界上的數據,我們有理由相信這些物理過程其實都發生在那個邊界上。接下來,弦論用數學方法給出瞭證明,並且,隻要給出邊界膜上的物理過程,通過特定的數學計算,就能得到空間內部的相應過程,反之亦然。所以,世界萬物全都是幻覺,是儲存在宇宙邊緣的信息投射到我們世界的假象。我們的世界,和宇宙邊緣的世界構成瞭一對最合拍的平行世界,就像你與你的影子一樣亦步亦趨。
八、虛擬的多重宇宙
科學傢們正在對大腦神經網絡的細胞結構、基因結構和分子結構及它們的相互連結有瞭越來越深刻的認識。藍腦計劃是在細胞層面上,將這些認識編碼成數字模型,並在計算機上進行模擬,以幫助有精神問題的患者進行康復治療。如果我們最終造出瞭這種基於計算機的人工意識,並且進一步的,模擬意識之間的互動以及不斷演化的外部環境,就可以建立一個栩栩如生的虛擬世界。這個世界對於其中的虛擬居民,就像我們的世界之於我們一樣真實。這種虛擬現實就是多重宇宙的第8種版本,我將稱之為虛擬的多重宇宙。
九、終極多重宇宙
它在所有多重宇宙中是意義最廣泛的一種。所有已經提出或將要提出的多重宇宙,它們都在某個龐大集合之中,我們稱之為終極多重宇宙。在終極多重宇宙中,所有可能的宇宙都是存在的。在這裡,所有的數學理論都描述瞭某些真實存在的宇宙。甚至它還包括一無所有。一無所有的可能性完全合乎邏輯,所以無所不包的多重宇宙必然會包含這樣的情況。
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