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平行宇宙的交错点

发布时间:2017-08-11 23:03:30
iv>  大家普遍认为,人们观察到的物理,只是一个更加对称的理论的低能极限,这个理论只在极端高温下才起作用。基础理论也许是二维的,超对称的,包含自然界四种基本作用力的大统一。这种理论的一个共性是,驱动暴胀的场的势能有着几个不同的最小值(被称为“真空态”),相应于破缺对称的不同途径,也相应于得到的不同的低能物理。例如:可以把除三个空间维度之外的所有维度都卷起来(“压缩”),形成有效的三维空间,就像我们所处的空间一样。或者也可以把更少的维度卷起来,留下一个七维空间。驱动混沌暴胀的量子波动可以造成各个泡沫中不同的对称性破缺,导致第二层平行宇宙中不同的成员具有不同的维度。在粒子物理中观测到的很多对称性,也来自于对称性破缺的具体途径,所以,也许存在只含有两代而非三代夸克的第二层平行宇宙。
  
  除了维度和基本粒子这些离散的特性之外,我们的宇宙还被一组无维度的数——物理常量所刻画。其中包括电子/质子质量比  ≈1836,即宇宙学常数,它在普朗克单位中约是10-123。有模型显示,这样的连续参量在各个后暴胀泡沫中互不相同【注】。
  
  ※注:虽然物理基本方程在所有第二层平行宇宙中都是一样的,但支配我们观察到的低能世界的近似有效方程却是不同的。例如,从一个三维空间移到(非压缩的)四维空间,会改变观察到的引力方程,从一个反平方定律变成一个反立方定律。同样,用不同方式破缺粒子物理中的基本对称性,会改变基本例子的排列以及描述它们的有效方程。但是,我们会等到第四层平行宇宙中再使用“不同的方程”和“不同的物理定律”,在那里不只是近似方程改变,基本方程也发生了改变。
  
  这样,第二层平行宇宙就可能比第一层平行宇宙更为多样化,不仅初始条件不同,而且维度、基本粒子和物理常数都不相同。
  
  在继续之前,先来评论一下几个密切相关的平行宇宙概念。首先,如果能存在一个第二层平行宇宙,并不断以分形的形式自我复制,那么将会出现无限多个完全分离的其他第二层平行宇宙。但是,这些宇宙变体是不可检验的,因为它既没有增加任何实质上不同的世界,也没有改变它们所含物质的概率分布。在每个第二层平行宇宙中,所有可能的初始条件和对称性破缺都已经实现了。
  
  托尔曼和惠勒教授层提出一个想法,(第一层)平行宇宙是周期性的,要经历一系列无限的大爆炸。这个想法已经被斯坦哈特和图尔克阐明了。如果确实存在,那么这些不同时期的集合也形成了一个多元宇宙,可以证明,它和第二层多元宇宙有着相似的多样性。
  
  斯莫林(Smolin)也提出过一个想法,一个和第二层多元宇宙的多样性相似的集合,但不是在暴胀中,而是通过黑洞、变异和产生的新的宇宙。这就预言了一个自然选择的形式,倾向于产生最多黑洞的宇宙。
  
  在膜世界的设定中,存在另一个和我们的世界非常类似的三维世界,只是在高纬上有一定差别。但是这样一个世界(“膜”),是否可以被称为和我们的世界不同的平行世界还不一定,因为我们也许能够用引力和它相互作用,就像我们跟暗物质那样。
  
  微调和选择效应物理学家不喜欢没有解释的巧合。
  
  确实,他们把这一点作为排除各种模型的证据(图1.3)。先前可以看到,开放宇宙模型如何以99.9%的置信率被排除,因为它暗示了观察到的CMB波动图样是极端罕见的,是千分之一的巧合,在所有哈勃体积中只有0.1%的可能发生。
  
  假想你住进一座旅馆,被分到一个房间,门牌号码是1967。你惊奇地发现,这数字正是你出生的年份。不过你随即反应过来,这完全不算什么巧合。整个旅馆有成百上千的房间,其中有一间门牌数和你生日相同很正常。然而你若看见的是另一个数字,便不会引发上面的思考。于是你认识到,即便对旅馆一无所知,也可以推断出还有很多房间,因为如果只有一个房间,那么你就遇到了一个没有解释的巧合。
  
  再举一个更贴切的例子,考虑太阳质量M。M影响太阳的发光度,通过基本的物理计算就可以得出,只有在M处于1.6×1030~2.4×1030千克这样一个狭窄范围内时,地球上我们所知的生命才可能存在——否则地球上的气温将比火星更冷,或者比金星更热。测量值正好是2.0×1030千克。乍看之下,可居住的M值无疑是种令人困惑的巧合,由计算可知绝大多数恒星的质量分布于1029~1032千克的巨大范围内。然而有了旅馆的经验,我们便明白这种表面的巧合实为一个集合中的选择效应:如果存在许多太阳系,其中心恒星和行星轨道有一定分布,我们显然应该生活在适于居住的太阳系里。
  
  更普遍地来说,某些物理参量正好是可居住的观测值,这样的巧合可以被看作一个更大的集合的存在证据,而我们观察到的只是其中一个元素。虽然其他的旅馆房间和其他太阳系的存在,是毋庸置疑并被观测证实了的,但平行宇宙的存在还没有,因为它们不能被观测到。但是如果观察到物理常数的微调,那就可以通过和上面同样的逻辑来论证它们的存在(图1.4)。实际上,存在很多微调的例子,显示具有不同物理常数的平行宇宙确实存在,尽管微调的程度仍然在大家仍在激烈争论,并需
 
 
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