
在典型的情況下,如電影中滑門,在一個宇宙中發生了一些事情 - 就像女人錯過火車一樣 - 但在平行的宇宙中,同一女人抓住了它,使人生的生活路徑不同。
或者,就像艾薩克·阿西莫夫(Isaac Asimov)的富有想像力的小說一樣眾神本身,具有不同物理定律的平行宇宙的外星居民將能量與我們的宇宙交換,並向地球發送編碼的信息。
不過,即使沒有任何現實生活中的外星人信息破譯,許多宇宙學家也認為確實還有其他宇宙。只是他們的存在長期以來似乎更像是一種哲學的猜測,而不是一個可檢驗的假設。直接看到這樣的宇宙將需要超過光速 - 違反了科幻作家最好的物理定律。
但是,現在,一些宇宙學家認為,即使我們無法與另一個宇宙進行交流,也可能有一種方法可以辨別出它存在的跡象,如果它與我們的相撞。這樣的宇宙影響可能會在宇宙微波背景中留下痕跡,這是宇宙起源的最早快照。
“我認為這是一個非常非常有趣的想法,”麻省理工學院宇宙學家Max Tegmark說。 “儘管有證據表明可能存在平行宇宙,但我認為有一種辭職的感覺,它們可能仍然是您永遠無法觸摸的平行宇宙,永遠不會直接看到。
兩組由加利福尼亞大學聖克魯斯分校的安東尼·阿奎爾(Anthony Aguirre)和紐約大學的馬修·克萊班(Matthew Kleban)領導,另一組是在12月在線發布的論文,提出了觀察這些超宇宙碰撞的可能性。每個小組都建議可能會看到碰撞,儘管簽名的細節尚未解決。
永恆的膨脹
像平行宇宙一樣荒謬,它們的存在可能是宇宙大爆炸背後物理學的必然結果。宇宙學家認為,在我們的宇宙開始後不久,短暫的快速擴張,稱為“通貨膨脹”,這被許多數量級擴大了,例如將一小撮泡沫吹到熱氣球的大小上。
通貨膨脹的大多數可檢驗的理論預測已經得到證實。阿奎爾說:“從某種意義上說,通貨膨脹是我們當前對宇宙如何開始和發展的理解的關鍵,而有點必不可少的部分。”
但是,MIT宇宙學家Alan Guth於1981年提出的理論也意味著,通貨膨脹並不僅僅發生在我們的宇宙中,而是不斷發生,而是在啤酒中膨脹其他空間,例如啤酒中形成的氣泡。
這種“永恆的通貨膨脹”創造了其他“泡沫宇宙”,這些“泡沫宇宙”在宇宙學甚至物理定律方面可能與我們自己的宇宙不同。在某些氣泡中,電磁力可能很弱,以至於無法將原子固定在一起,或者膨脹速率可能如此之快以至於星係無法形成。
通貨膨脹的多重宇宙後果甚至很難讓科學家圍繞他們的思想。
阿奎爾說:“大多數人在20年左右的時間裡仔細忽略了這一點,因為他們不想考慮它。” “他們喜歡將通貨膨脹視為這個小小的插曲。因此,大多數人都忽略了這個想法。儘管發明通貨膨脹的大多數人一直在思考它,因為他們認為這很重要。”
宇宙學家並不孤單地假設多個宇宙。弦理論表明,我們的宇宙包含額外的維度,其中大多數捲曲了,所以很小,我們看不到它們,但這是我們特定的物理定律集的基礎。許多科學家想知道為什麼我們縮減額外維度的方式應該是唯一可能的方法。
在弦理論中,另一個宇宙可以擁有多達10個空間的維度,而七個則ed縮了。基本顆粒的類型和質量以及基本力的品種和優勢可能會以多種方式變化。
弦理論僅預測了“會產生許多不同宇宙的永恆通脹”,阿奎爾說:“或通貨膨脹停止的區域,但它們將對應,每種範圍,這些額外的尺寸被捲曲,並且對它們形成的宇宙具有不同的特性。”
從內部,這些宇宙中的每個宇宙似乎都無限。因此,錯過宇宙中火車的女人永遠無法知道那個抓住它的女人,從某種意義上來說,她被困在泡沫中。阿奎爾說:“因此,似乎還有其他泡沫具有不同的特性,只是猜測,形而上學或幻想。”
當氣泡相遇時
但是,有點像充滿肥皂水的水槽中的泡沫一樣,這些氣泡可能會相互碰到。長期以來,科學家們認為這些碰撞幾乎可以肯定發生了,但是看到人們的機會很少。或者,如果您確實看到了,那將是致命的。阿奎爾說:“進入我們泡沫的泡沫會進入我們的泡沫並摧毀我們。” “而且顯然沒有發生,這是有原因的。”
考慮到這些事情,Guth,Jaume Garriga和Alex Vilenkin計算了在我們觀察到的宇宙中可觀察到的泡沫碰撞的可能性,這只是一個氣泡的一小部分。他們於2006年12月在arxiv.org上在線發布論文。
馬薩諸塞州梅德福斯大學的Vilenkin寫道:“我們得出的結論是,泡沫宇宙中的大多數觀察者都遠離碰撞地區,並且看不到碰撞的任何簽名。”他說,他們認為新的氣泡以緩慢的速度形成,因此“泡沫碰撞不是很頻繁。”
這意味著火車上的女人永遠不會知道她的泡沫是否撞到了裝有錯過火車的女人的泡沫中,因為第一個女人離泡沫撞到的地方太遠了。即使碰撞摧毀了其中一個氣泡的一部分,從她的角度來看,每個女人所看到的未受影響的地區仍然看起來無限。
另一方面,碰撞可能完全消滅了另一個氣泡。
阿奎爾(Aguirre)和他的合作者又看了看。 “為什麼其中一場碰撞必須如此毀滅性?”他想知道。如果輕輕的碰撞發生足夠近,您可以真正看到它怎麼辦?
在2007年4月在在線上發表的一篇論文中,他們試圖想像碰撞會是什麼樣。阿奎爾說:“這有點像天空上的磁盤。
但是,關於泡沫碰撞何時會對觀察者致命的問題。 “當他們什麼時候可以'ping'觀察者所在的氣泡中,不會真正破壞它,而是留下某種簽名?”阿奎爾說,泡沫中的某人可以看到並說:“哦,看,還有另一個宇宙。”
這是2007年12月在帕薩迪納(Pasadena)的加利福尼亞理工學院加利福尼亞理工學院的論文和博士後研究員馬修·約翰遜(Matthew Johnson)於2007年12月在Arxiv.org上發布的。
他們在許多情況下發現碰撞不一定是致命的,但可能被視為微波背景的干擾。 Aguirre說,到底是什麼樣的東西,他們無法計算出來,例如,如果“ ping”覆蓋了天空上的大面積或小區域。但是,如果它只是一個氣泡,或者即使是很多氣泡,它似乎主要來自一個方向。
想像一下,紐約大學宇宙學家克萊班(Kleban)和他的合作者在他們的論文中考慮的情況僅在arxiv.org上發表的幾天,就在阿奎爾(Aguirre)的第二篇論文前幾天。克萊班說:“如果你在其中之一里面,顯然有一個泡沫來源的一個方向,您會在那個方向上看到一些特別的東西。”
奇怪的是,即使有多個氣泡,各向異性(從一個方向上比另一個方向更大的信號)也是相同的。只有在極不可能的情況下,地球佔據了宇宙的確切中心才能從各個方向碰到。
宇宙的“邪惡軸”
普林斯加特諾言理論上的天體物理學家戴維·斯普格爾(David Spergel)說,考慮到這一點的另一種方法是,在這種泡沫模型中,大爆炸始於時空的特定地方。和“如果我們生活在那個地點的北方和右邊,在天空的一個方向上,我們應該看到與其他泡沫相比,而不是在其他方向上。”
這是宇宙微波背景所在的地方。從大爆炸中留下的這種輻射已被宇宙擴展到約2.7 kelvins,或在絕對零以上的攝氏度。它在斑點上看起來無限且較冷,對應於早期宇宙密度的波動,這導致物質凝結到星系中。到目前為止,斑點的模式在所有方向上都相同。但是,如果Aguirre和Kleban的猜測是正確的,那麼宇宙微波背景在一個方向上可能比在相反方向上更冷。
令人誘人的是,迄今為止,宇宙微波背景的最精確測量值是由威爾金森微波各向異性探針或WMAP製造的,衛星似乎完全暗示了這一點。克萊班說:“有點各向異性。” “尤其是一個方向上有一個很大的冷點,”它看起來像天空圍繞軸旋轉。
這種各向異性被倫敦帝國學院和凱特·蘭德(JoãoMagueijo)和凱特·蘭德(Kate Land)的研究人員稱為“邪惡軸”,現在在英格蘭的牛津大學,2005年物理評論信紙。
Spergel是WMAP團隊的調查人員之一,他持懷疑態度。他說:“我認為CMB中的'邪惡軸線'很像喬治·布什的``邪惡軸''',因為如果您進入數據尋找某些東西的數據,”他說,“您會發現一些東西。”
但是無論如何,其他人都在看。去年八月,明尼阿波利斯明尼蘇達大學的天文學家勞倫斯·魯德尼克(Lawrence Rudnick)宣布,他和他的團隊通過來自新墨西哥州索科羅(Socorro)附近的大型陣列射電望遠鏡的數據梳理,發現了一個巨大的空缺,遍布近10億光年。以WMAP冷點為中心的空隙似乎在很大程度上沒有星系或暗物質。
這就是您期望的,如果冷點是真實的。這種各向異性可能表明泡沫碰撞,或者可能沒有。
斯普格爾認為,宇宙微波背景中最熱的地方和天空中最冷的位置位於我們銀河系的平面內,他說:“這表明我們真正看到的是我們銀河系中灰塵特性的大規模變化,而不是宇宙學的東西。”
克萊班同意,很難將乾擾的影響與銀河系內部分開。他說:“這幾乎就像您試圖將電視調整為靜態,而且您一直受到情景喜劇的干擾。”
他補充說,他還不知道泡沫碰撞是否會完全產生宇宙微波背景中可能存在的冷點。儘管如此,“如果是正確的話,這是非常令人興奮的,”他說。 “這確實會改變我們對宇宙中的位置的看法。”
還有另一種可能性:與另一個泡沫發生衝突 - 克萊班說,如果我們的未來發生了毀滅性的碰撞,“我們只是像蟲子一樣被壓扁,那就是我們的終結。”
如果兩個氣泡碰撞,它們之間的氣泡壁將傾向於加速一個或另一個氣泡。克萊班說:“如果它加速到我們,那麼碰撞中的光或任何其他信號就在牆本身到來之前就到了,在這種情況下,我們已經死了。” “但是一個安慰是沒有太多警告。”他說,由於在大多數情況下,由於我們宇宙的某些特殊特性,牆將遠離我們,而不是進入我們。
下一步是更好地了解理論模型實際預測的宇宙微波背景簽名。 Vilenkin在一封電子郵件中寫道:“要得出任何可靠的結論,還有許多工作要做,但是Aguirre和Kleban的論文的第一步非常重要和有趣。”
Tegmark是樂觀的。他說:“這是我們一遍又一遍地看到的一個例子,科學與科幻小說之間的邊界發生了變化。”原子和黑洞可能永遠存在於科幻小說領域,但是新技術擴大了科學的邊界,並允許檢測到它們。 Tegmark說,平行宇宙說:“可能是我們認為超越科學的事物的另一個情況,最終屬於科學。”
戴安娜·斯蒂爾(Diana Steele)是位於俄亥俄州的科學作家。