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统计一下全班同学的生日,你很可能会发现至少有两个人的生日是同一天。猜一下,一个班级需要有多少同学,才有50%的概率发生这样的情况呢?数学计算的结果可能要比你的直觉小得多:23人。也就是说,只要一个班级的人数超过23人,生日撞车的机会就会超过扔硬币时正面朝上的机会。如果一个班级有60个人,生日撞车的概率就会高达99%。还等什么呢?马上走到隔壁班向大家宣告这个“重大发现”,体验一下当科学预言家的乐趣吧。
只要可能性是有限的,任何东西都会遭遇“生日撞车”的问题。两个人的生日可能一样,身高体重可能一样,名字可能一样,衣橱里的衣服可能一样……如果两个人身上从DNA到行为举止都完全一样,他们就可以看作是对方的副本。推而广之,只要宇宙中的星星足够多,其中也可能会存在一个地球的副本、太阳的副本,甚至整个宇宙都会有一个副本。这就是我们耳熟能详的、常在科幻作品中提及的“平行宇宙”。
你和你的小伙伴们是不是都惊呆了,对这个副本的想法感到不可思议?其实,宇宙中充斥着副本。想象一下,你每天都会喝下无数个水分子,从来没有人关注这一个水分子跟另一个水分子有什么不同。事实上,除了位置、速度、能量等外部状态不同之外,绝大部分水分子都是彼此的副本。它们大多包含两个一模一样的氢原子和一个氧原子,而所有的原子都由一模一样的中子、质子和电子等更微小的粒子构成。如果你将这些微粒按照水分子的结构排列组合一番,它们就构成水的副本。如果将它们按照某个人的结构排列组合一番,它们就构成那个人的副本。如果将它们按照我们宇宙的结构排列组合一番,那我们就有了宇宙的副本。
这样一个“宇宙的副本”会存在于哪里呢?答案是:在我们的宇宙之外。可是等等,我们的宇宙难道不是无穷大的吗?难道宇宙之外还有别的宇宙?
要回答这样的问题,就有必要先来说说“宇宙”这个词是什么意思。先秦杂家著作《尸子》中说“四方上下曰宇,古往今来曰宙”,而英文universe来源于拉丁文universum,它们的本意都是“所有的一切”。不过,科学家可没那么大的野心,他们口中常常念叨的宇宙,只表示我们能观测到的一切。
别忘了,我们的宇宙起源于138亿年前的一次大爆炸。在这样一段漫长但有限的岁月里,宇宙中速度最快的光也只能传播一段有限的距离。考虑到宇宙空间膨胀的速度,这段距离大约是460亿光年。
可能有细心的同学会问,光年是指光行走一年的距离,那么在138亿年的时间里,光怎么可能走过460亿光年呢?其实不难理解。设想你正走在商场的扶手电梯上,你朝上走了半层楼的高度,电梯上升了半层楼的高度,最后的结果就是你运动了一层楼的高度。所以在膨胀的宇宙中,光仅用138亿年就传播了460亿光年的距离。
所以,我们能够观测到的范围是有限的,它大概是一个半径为460亿光年的球形区域。在这个范围之外,无论哪里发生什么,都对现在的我们没有任何影响。我们所能看到的这个有限的区域,就是“我们的宇宙”。
假如你在地球的南、北极之间拉一条专用光纤通道,在最理想的情况下网络的延迟也会有几十毫秒。同理,地球和太阳之间的互联网至少要延迟8分钟。假如你和朋友在银河系的两端联网聊QQ,你问他“在吗”,等你收到他的一句“在”,至少已经过去了20万年。要是有人从现在起在460亿光年之外给你发消息,那么你需要等待的时间会比整个宇宙的历史还要长——实际上,他根本不可能知道你的存在,你和他也根本不可能发生因果联系。
那么,“我们的宇宙”是不是独此一家、别无分店呢?在460亿光年之外,还会有多少空间可以存在呢?这一切都要归结到宇宙空间的形状上。天文学家通过大量天文观测发现,宇宙中的物质大体上是均匀分布的。假如我们拿一把“宇宙无敌超级西瓜刀”,把我们的宇宙横着切500刀,竖着切500刀,再侧着切500刀,最后你会发现,这样切出来的诸多“小块”,每一块的质量都是差不多的。
这说明什么呢?物质均匀分布的空间,其形状一共有三种可能:要么像球面一样弯曲,要么像马鞍面一样弯曲,要么像桌面一样不弯曲,是完全平坦的。请注意,我们生活在三维空间里,很容易在二维的球面之外观察它是否弯曲。但假如三维空间本身发生了弯曲,我们有什么办法在空间内部知道它的弯曲程度呢?几何老师告诉我们,测一测三角形的内角和就OK啦。
拿一个地球仪,将上面相距很远的三个地点用沿着地球表面尽可能“直”的线连接起来,算算这个“三角形”的内角和有多大。
在平坦的空间中,三角形的内角和必然是180度。而在类似于球面或马鞍面的弯曲空间中,三角形的内角和会大于或小于180度。如果宇宙的空间像球面那样弯曲,就会在某个遥远的地方闭合起来,画出一个有限的范围。如果宇宙的空间像一个无限延伸的桌面那样平坦,或者像无限延伸的马鞍面那样弯曲,宇宙就可能是无穷无尽的。
科学家正是用这样的方法,以地球为一个顶点,又在非常非常遥远的宇宙深处找到两个顶点,画出一个三角形,通过观测与计算,结果表明其内角和非常接近180度。这也就是说,宇宙相当平坦,在460亿光年之外,空间仍然继续延伸。整个宇宙可能是非常大的,甚至可能是无限大的。
综合以上的事实,我们不难推断,“我们的宇宙”,这个半径为460亿光年的空间区域,只是整个宇宙中很小的一个部分,在此之外很可能存在着许多相似大小的独立的空间区域。想象一条完全由碎布块缝制的无限大的被单,我们就生活在其中一块碎布中,除此之外的每一块碎布都可以看作一个独立的宇宙。
可以想见,缝在这条“被单”上的“碎布”们是各式各样的,但是我们已经知道,构成宇宙万物的基本粒子数目是有限的,基本粒子的排列组合方式也是有限的,那么只要这条“被单”足够大,“碎布”的数量足够多,就可能存在两块完全一样的“碎布”。如果宇宙真的无边无际,那么在遥远的角落,必然有无数地方跟我们所见到的这部分空间(“我们的宇宙”)一模一样,那里有另一个太阳,另一个地球,甚至另一个你!
兴奋吗?想亲眼见一见那个“你的副本”吗?对不起,我们与这些可能的副本空间之间的距离,比460亿光年更加遥远。据估算,我们要从地球走出1010^122(1后面10122个0)米,才有50%的几率见到一个与我们完全相同的区域。因此,“穿越”神马的都是浮云,那些副本空间之间不可能存在互动——而这就是“平行”一词的含义:它们就像一组平行线,没有交集。
只要可能性是有限的,任何东西都会遭遇“生日撞车”的问题。两个人的生日可能一样,身高体重可能一样,名字可能一样,衣橱里的衣服可能一样……如果两个人身上从DNA到行为举止都完全一样,他们就可以看作是对方的副本。推而广之,只要宇宙中的星星足够多,其中也可能会存在一个地球的副本、太阳的副本,甚至整个宇宙都会有一个副本。这就是我们耳熟能详的、常在科幻作品中提及的“平行宇宙”。
你和你的小伙伴们是不是都惊呆了,对这个副本的想法感到不可思议?其实,宇宙中充斥着副本。想象一下,你每天都会喝下无数个水分子,从来没有人关注这一个水分子跟另一个水分子有什么不同。事实上,除了位置、速度、能量等外部状态不同之外,绝大部分水分子都是彼此的副本。它们大多包含两个一模一样的氢原子和一个氧原子,而所有的原子都由一模一样的中子、质子和电子等更微小的粒子构成。如果你将这些微粒按照水分子的结构排列组合一番,它们就构成水的副本。如果将它们按照某个人的结构排列组合一番,它们就构成那个人的副本。如果将它们按照我们宇宙的结构排列组合一番,那我们就有了宇宙的副本。
这样一个“宇宙的副本”会存在于哪里呢?答案是:在我们的宇宙之外。可是等等,我们的宇宙难道不是无穷大的吗?难道宇宙之外还有别的宇宙?
要回答这样的问题,就有必要先来说说“宇宙”这个词是什么意思。先秦杂家著作《尸子》中说“四方上下曰宇,古往今来曰宙”,而英文universe来源于拉丁文universum,它们的本意都是“所有的一切”。不过,科学家可没那么大的野心,他们口中常常念叨的宇宙,只表示我们能观测到的一切。
别忘了,我们的宇宙起源于138亿年前的一次大爆炸。在这样一段漫长但有限的岁月里,宇宙中速度最快的光也只能传播一段有限的距离。考虑到宇宙空间膨胀的速度,这段距离大约是460亿光年。
可能有细心的同学会问,光年是指光行走一年的距离,那么在138亿年的时间里,光怎么可能走过460亿光年呢?其实不难理解。设想你正走在商场的扶手电梯上,你朝上走了半层楼的高度,电梯上升了半层楼的高度,最后的结果就是你运动了一层楼的高度。所以在膨胀的宇宙中,光仅用138亿年就传播了460亿光年的距离。
所以,我们能够观测到的范围是有限的,它大概是一个半径为460亿光年的球形区域。在这个范围之外,无论哪里发生什么,都对现在的我们没有任何影响。我们所能看到的这个有限的区域,就是“我们的宇宙”。
假如你在地球的南、北极之间拉一条专用光纤通道,在最理想的情况下网络的延迟也会有几十毫秒。同理,地球和太阳之间的互联网至少要延迟8分钟。假如你和朋友在银河系的两端联网聊QQ,你问他“在吗”,等你收到他的一句“在”,至少已经过去了20万年。要是有人从现在起在460亿光年之外给你发消息,那么你需要等待的时间会比整个宇宙的历史还要长——实际上,他根本不可能知道你的存在,你和他也根本不可能发生因果联系。
那么,“我们的宇宙”是不是独此一家、别无分店呢?在460亿光年之外,还会有多少空间可以存在呢?这一切都要归结到宇宙空间的形状上。天文学家通过大量天文观测发现,宇宙中的物质大体上是均匀分布的。假如我们拿一把“宇宙无敌超级西瓜刀”,把我们的宇宙横着切500刀,竖着切500刀,再侧着切500刀,最后你会发现,这样切出来的诸多“小块”,每一块的质量都是差不多的。
这说明什么呢?物质均匀分布的空间,其形状一共有三种可能:要么像球面一样弯曲,要么像马鞍面一样弯曲,要么像桌面一样不弯曲,是完全平坦的。请注意,我们生活在三维空间里,很容易在二维的球面之外观察它是否弯曲。但假如三维空间本身发生了弯曲,我们有什么办法在空间内部知道它的弯曲程度呢?几何老师告诉我们,测一测三角形的内角和就OK啦。
拿一个地球仪,将上面相距很远的三个地点用沿着地球表面尽可能“直”的线连接起来,算算这个“三角形”的内角和有多大。
在平坦的空间中,三角形的内角和必然是180度。而在类似于球面或马鞍面的弯曲空间中,三角形的内角和会大于或小于180度。如果宇宙的空间像球面那样弯曲,就会在某个遥远的地方闭合起来,画出一个有限的范围。如果宇宙的空间像一个无限延伸的桌面那样平坦,或者像无限延伸的马鞍面那样弯曲,宇宙就可能是无穷无尽的。
科学家正是用这样的方法,以地球为一个顶点,又在非常非常遥远的宇宙深处找到两个顶点,画出一个三角形,通过观测与计算,结果表明其内角和非常接近180度。这也就是说,宇宙相当平坦,在460亿光年之外,空间仍然继续延伸。整个宇宙可能是非常大的,甚至可能是无限大的。
综合以上的事实,我们不难推断,“我们的宇宙”,这个半径为460亿光年的空间区域,只是整个宇宙中很小的一个部分,在此之外很可能存在着许多相似大小的独立的空间区域。想象一条完全由碎布块缝制的无限大的被单,我们就生活在其中一块碎布中,除此之外的每一块碎布都可以看作一个独立的宇宙。
可以想见,缝在这条“被单”上的“碎布”们是各式各样的,但是我们已经知道,构成宇宙万物的基本粒子数目是有限的,基本粒子的排列组合方式也是有限的,那么只要这条“被单”足够大,“碎布”的数量足够多,就可能存在两块完全一样的“碎布”。如果宇宙真的无边无际,那么在遥远的角落,必然有无数地方跟我们所见到的这部分空间(“我们的宇宙”)一模一样,那里有另一个太阳,另一个地球,甚至另一个你!
兴奋吗?想亲眼见一见那个“你的副本”吗?对不起,我们与这些可能的副本空间之间的距离,比460亿光年更加遥远。据估算,我们要从地球走出1010^122(1后面10122个0)米,才有50%的几率见到一个与我们完全相同的区域。因此,“穿越”神马的都是浮云,那些副本空间之间不可能存在互动——而这就是“平行”一词的含义:它们就像一组平行线,没有交集。