很容易想象其他宇宙,它们受稍微不同的物理定律支配,其中不会出现智慧生命,也不会出现任何有组织的复杂系统。 因此,对于我们能够在其中出现的宇宙的存在,我们是否应该感到惊讶?
这是包括我在内的物理学家的问题已尝试回答几十年来。 但事实证明这很困难。
尽管我们可以自信地将宇宙历史追溯到宇宙诞生后的一秒,之前发生的事情更难衡量。 我们的加速器根本无法产生足够的能量来复制第一纳秒内普遍存在的极端条件。
但我们预计宇宙的关键特征是在最初的那一瞬间被烙印下来的。
宇宙的条件可以通过它的“基本常数? 自然界中的固定量,例如引力常数(称为 G)或光速(称为 C)。其中大约有 30 个代表参数的大小和强度,例如粒子质量、力或宇宙膨胀。
但我们的理论没有解释这些常数应该具有什么值。 相反,我们必须测量它们并将它们的值代入我们的方程中才能准确地描述自然。
常数的值在允许复杂系统(例如恒星、行星、碳以及最终人类)进化的范围内。 物理学家已经发现如果我们将其中一些参数调整几个百分点,就会使我们的宇宙变得毫无生气。
因此,生命存在这一事实需要一些解释。
有人认为这只是一个幸运的巧合。 然而,另一种解释是,我们生活在一个多重宇宙,包含具有不同物理定律和基本常数值的域。
大多数可能完全不适合生活。 但从统计角度来看,有一些应该是对生活友好的。
革命即将来临?
物理现实的范围有多大? 我们相信,即使在原则上,它也比天文学家能够观察到的领域更广泛。
该域绝对是有限的。 这主要是因为,就像在海洋上一样,有一个地平线我们看不到更远的地方。 正如我们认为海洋不会止步于我们的地平线之外一样,我们也期望星系超出我们可观测宇宙的范围。
在我们不断加速的宇宙中,我们遥远的后代也永远无法观察到它们。
大多数物理学家都同意,存在着我们无法看到的星系,而且它们的数量超过了我们可以观测到的星系。 如果它们延伸得足够远,那么我们想象中发生的一切都可能会一遍又一遍地重复。 在遥远的地平线之外,我们都可以拥有化身。
这个巨大的(而且主要是不可观察的)领域将是“我们的”大爆炸的后果? 并且很可能受到我们可以观察到的宇宙部分中普遍存在的相同物理定律的支配。 但我们的大爆炸是唯一的吗?
这通货膨胀理论,这表明早期宇宙经历了一个时期,其大小每万亿分之一万亿分之一秒就会真正增加一倍观察支持。 它解释了为什么宇宙如此大和光滑,除了作为星系形成“种子”的波动和涟漪。
但物理学家包括安德烈·林德 已经表明在这个古老时代的不确定物理的一些具体但合理的假设下,将会有“永恒”的大爆炸产生? 每一个都产生了一个新的宇宙。
弦理论试图将引力与微观物理定律统一起来,推测宇宙中的一切都是由微小的振动弦组成的。 但它假设存在比我们所经历的维度更多的维度。
它表明,这些额外的维度被紧密地压缩在一起,以至于我们没有注意到它们。 每种类型的致密化都可以创造一个具有不同微观物理的宇宙? 因此,其他大爆炸当它们冷却下来时,可能会受到不同的法则的约束。
因此,从这个更宏大的角度来看,“自然法则”可能是管理我们自己的宇宙斑块的地方法规。
如果物理现实是这样的,那么就有真正的动机去探索“反事实”宇宙吗? 具有不同重力、不同物理原理等等的地方? 探索什么范围或参数会导致复杂性的出现,以及什么会导致无菌或“死产”的宇宙。
令人兴奋的是,这一切仍在持续进行中,最近的研究这表明你可以想象比我们自己的宇宙更适合生命存在的宇宙。 然而,对物理常数的大多数“调整”都会导致宇宙胎死腹中。
也就是说,一些不喜欢多元宇宙的概念。 他们担心这会让建立一个基本理论来解释这些常数的希望变得徒劳无功开普勒的数字命理学探索将行星轨道与嵌套柏拉图固体联系起来。
但我们的偏好与物理现实的实际情况无关? 因此,我们当然应该对即将到来的宇宙大革命的可能性持开放态度。
首先我们有了哥白尼式的认识,即地球不是太阳系的中心? 它围绕太阳旋转。 然后我们意识到,我们的银河系中有无数的行星系统,而我们可观测的宇宙中也有无数的星系。
那么这可能是我们的可观察域吗? 确实是我们的大爆炸? 是一个更大且可能多样化的整体的一小部分吗?
物理还是形而上学?
我们如何知道我们的宇宙有多么不典型? 为了回答这个问题,我们需要计算出每个常数组合的概率。 那是一罐我们还无法打开的蠕虫吗? 它必须等待巨大的理论进展。
我们最终不知道是否还有其他大爆炸。 但它们不仅仅是形而上学。 也许有一天我们有理由相信它们的存在。
具体来说,如果我们有一个理论来描述超早期大爆炸极端条件下的物理学? 如果该理论已通过其他方式得到证实,例如通过推导出一些无法解释的参数粒子物理学? 那么如果它预测了多次大爆炸,我们就应该认真对待。
批评者有时认为多元宇宙是不科学的,因为我们无法观察其他宇宙。 但我不同意。 我们无法观察到内部,但我们相信物理学家罗杰·彭罗斯说那里发生了什么? 他的理论因与我们观察到的许多事情相一致而获得了可信度。
大约 15 年前,我参加了斯坦福大学的一个小组,其中我们被问到我们有多认真地对待多元宇宙的概念? 在规模上“你愿意用你的金鱼、你的狗还是你的生命来打赌”。
我说我已经快到狗的水平了。 林德说他几乎愿意拿自己的生命做赌注。 后来,物理学家得知此事后史蒂文·温伯格说他“很乐意用马丁·里斯的狗和安德烈·林德的生命作为赌注”。
可悲的是,我怀疑林德、我的狗和我在得到答案之前都会死掉。
事实上,我们甚至不能确定我们是否理解答案? 就像量子理论对猴子来说太难一样。 可以想象,机器智能可以探索一些复杂的几何结构。例如,并吐出标准模型的一些通用特征。 然后我们就会对这个理论充满信心,并认真对待它的其他预测。
但我们永远不会有“啊哈”的顿悟时刻,而这对理论家来说是最大的满足。 最深层次的物理现实可能是如此深刻,以至于它的阐明必须等待后人类物种? 根据口味的不同,这可能令人沮丧或令人兴奋。
但没有理由认为多元宇宙不科学。