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阿尔伯特·爱因斯坦曾经说过:“我真正感兴趣的是上帝在创造世界时是否有所选择。”这是他特有的诗情画意式的语言,他的意思是说,我们的宇宙是不是唯一可能的宇宙。
一提到上帝,人们很容易产生误读,因为爱因斯坦的问题并非神学问题。其实,爱因斯坦是想知道,根据物理定律是否必然能产生我们这个独特的宇宙,里面充满了星系、恒星和行星;或者说,像汽车经销商每年推出新车型一样,物理定律是否会让宇宙具有大量不同的特色?如果事情果真如此,那么我们通过强大的望远镜和巨型粒子碰撞机所了解到的宏伟现实是不是某种随机过程产生的结果?或者说宇宙这枚骰子在抛出时是不是选择了某些可能的特色?或者说宇宙的现状还有更深层次的解释?
在爱因斯坦的那个时代,说我们的宇宙本不该如此这样的话,对物理学家来说是莫名其妙的一件事,他们只会在完成一天的正经研究任务、很消停的时候,玩弄这样的话题。可是,近来这个问题从物理学的边缘地带转移到了主流;不仅如此,支持三大独立发展观的物理学家不只想象我们的宇宙本来会有不同的特性,他们还认为,除了我们的宇宙之外还有其他宇宙,大多由不同的粒子构成,受制于不同的力,形成一个令人瞠目结舌的大宇宙。
这个大宇宙被人们称为多重宇宙,这是过去几十年里物理学界出现的一个最为极化的概念,在学者中间激起热烈的争论。其中有些人认为这是我们理解宇宙的第二个阶段,而其他人声称这纯属胡言乱语,是认识的扭曲,是理论家恣意想象的结果。
那么到底怎样?我们为什么会在意?要想找到答案,首先就得讨论宇宙大爆炸。
探寻这次爆炸本身
1915年,爱因斯坦发表了他最重要的研究成果:广义相对论。这是他整整十年辛勤探讨引力问题的高潮。广义相对论富于奇迹般的数学美,为极其精准地解释从行星运动到星光轨迹等宇宙间的一切提供所需的公式。
用了短短的几年工夫,爱因斯坦通过其他数学分析得出结论,认为宇宙本身在膨胀,使得星系彼此分离。起先,他虽然强烈抗拒自己的理论所具有的这种令人吃惊的含义,但是1929年,美国伟大的天文学家爱德温·哈勃对深空的观测结果证实了这一点。不久之后,科学家推论,如果空间在膨胀,那么回溯早先的宇宙就会越来越小,然后到了久远过去的某个时刻,我们现在能够看到的一切——构成每个行星、每个恒星、每个星系,甚至构成空间本身的所有成分——一定被压缩成极其小的一个点,就是这个点的膨胀演化出了我们所认识的宇宙。
大爆炸理论诞生了。在这之后的几十年里,这个理论势不可挡,不断得到观测数据的支持。然而,科学家意识到,这个大爆炸理论有一个重大缺陷,它省略了这个爆炸本身。爱因斯坦的公式极其成功地描述了这个爆炸之后一瞬间如何演变出这个宇宙,但是把他的这些公式运用于这个宇宙最早那一瞬间的极端环境时却产生了故障(就像计算器在运算1除以0时得到的错误信息那样
吧?),因此这个大爆炸无法让人深刻地认识这个爆炸本身的动力。
产生火力的燃料
20世纪80年代,物理学家阿兰·古斯提出了宇宙大爆炸的一个增强版,叫作膨胀宇宙学,大有填补这个关键空白之势。这个提议的核心部件是一种假设的宇宙燃料:如果集中在一个微小的区域,这种燃料会让空间产生短暂且巨大的外推力——一次爆炸,而且是一次巨大的爆炸。事实上,数学计算表明,这次爆炸非常剧烈,就连量子领域里的微小颤动都会产生极其巨大的伸展力,顺利地穿越空间,就像过度拉伸的弹性纤维一样,呈现出它的结构模式,产生一个温度微弱变化的精确图案,在整个夜空中展现微热的点和微冷的点。20世纪90年代初,美国航空航天局的宇宙微波背景探索卫星首次探测到这些温度变化,为项目组负责人约翰·马瑟尔和乔治·斯穆特赢得了诺贝尔奖。
数学分析引人注目,它也揭示出宇宙的膨胀会随时补充其燃料,其效率非常高,燃料耗尽的情况几乎不可能。这正是多重宇宙的入口。也就是说,大爆炸不可能是一种独特事件。它的燃料不仅给爆炸提供动力产生我们这个膨胀的王国,也会为无数其他爆炸提供动力,而这些其他的爆炸个个都会产生自己独立的膨胀宇宙。那么,我们的宇宙就是多重宇宙这个宇宙泡泡浴中逐渐膨胀的一个泡沫。
这个前景非常引人瞩目。这种观点如果正确,那么它将给宇宙一长串的重新评估提供一块压顶石。我们曾经以为我们的地球是一切的中心,后来认识到它只不过是围绕太阳运转的许多行星之一,然后我们又了解到我们的太阳处于银河系的边缘,另外还有数不清的恒星,然后又意识到宇宙中还有无数其他星系。现在膨胀宇宙学提出,我们这个拥有无数星系、恒星和行星的宇宙可能只是构成一个大宇宙的许多小宇宙之一。
然而,先行者安德烈·林德与亚历山大·维兰金20世纪80年代提出多重宇宙时,物理学界的同仁只是耸耸肩膀而已。那些其他的宇宙即使存在,也处于我们能够观察的范围之外,所以我们只能接近我们这个宇宙。在当时来看,显然它们不影响我们,我们也不影响它们,井水不犯河水;那么,其他宇宙在科学方面能对致力解释我们看到的世界发挥什么作用?
由于抱着这样一种心态,这方面的研究停滞了大约10年;然后,一项令人吃惊的天文学观察暗示了这个问题的答案。
暗能量之谜
虽然说发现空间在膨胀具有革命性,但是关于膨胀有一个方面几乎每个人都认为是想当然的。正如地球引力的作用会使上抛的球减速,每个星系对其他星系的拉力同样会使空间的膨胀减速。
20世纪90年代,两个天文学家团队着手测量宇宙减速的速率。通过对遥远星系多年的苦心观测,两个团队收集到了空间膨胀速度如何随时间变化的数据,完成数据分析之后,大家都大吃一惊:膨胀速度非但没有降低,反而从70亿年前就加快了,从此以后一直在增速。这就好似向空中投球,最先曾经减速,但是随后更快地蹿向空中。
一提到上帝,人们很容易产生误读,因为爱因斯坦的问题并非神学问题。其实,爱因斯坦是想知道,根据物理定律是否必然能产生我们这个独特的宇宙,里面充满了星系、恒星和行星;或者说,像汽车经销商每年推出新车型一样,物理定律是否会让宇宙具有大量不同的特色?如果事情果真如此,那么我们通过强大的望远镜和巨型粒子碰撞机所了解到的宏伟现实是不是某种随机过程产生的结果?或者说宇宙这枚骰子在抛出时是不是选择了某些可能的特色?或者说宇宙的现状还有更深层次的解释?
在爱因斯坦的那个时代,说我们的宇宙本不该如此这样的话,对物理学家来说是莫名其妙的一件事,他们只会在完成一天的正经研究任务、很消停的时候,玩弄这样的话题。可是,近来这个问题从物理学的边缘地带转移到了主流;不仅如此,支持三大独立发展观的物理学家不只想象我们的宇宙本来会有不同的特性,他们还认为,除了我们的宇宙之外还有其他宇宙,大多由不同的粒子构成,受制于不同的力,形成一个令人瞠目结舌的大宇宙。
这个大宇宙被人们称为多重宇宙,这是过去几十年里物理学界出现的一个最为极化的概念,在学者中间激起热烈的争论。其中有些人认为这是我们理解宇宙的第二个阶段,而其他人声称这纯属胡言乱语,是认识的扭曲,是理论家恣意想象的结果。
那么到底怎样?我们为什么会在意?要想找到答案,首先就得讨论宇宙大爆炸。
探寻这次爆炸本身
1915年,爱因斯坦发表了他最重要的研究成果:广义相对论。这是他整整十年辛勤探讨引力问题的高潮。广义相对论富于奇迹般的数学美,为极其精准地解释从行星运动到星光轨迹等宇宙间的一切提供所需的公式。
用了短短的几年工夫,爱因斯坦通过其他数学分析得出结论,认为宇宙本身在膨胀,使得星系彼此分离。起先,他虽然强烈抗拒自己的理论所具有的这种令人吃惊的含义,但是1929年,美国伟大的天文学家爱德温·哈勃对深空的观测结果证实了这一点。不久之后,科学家推论,如果空间在膨胀,那么回溯早先的宇宙就会越来越小,然后到了久远过去的某个时刻,我们现在能够看到的一切——构成每个行星、每个恒星、每个星系,甚至构成空间本身的所有成分——一定被压缩成极其小的一个点,就是这个点的膨胀演化出了我们所认识的宇宙。
大爆炸理论诞生了。在这之后的几十年里,这个理论势不可挡,不断得到观测数据的支持。然而,科学家意识到,这个大爆炸理论有一个重大缺陷,它省略了这个爆炸本身。爱因斯坦的公式极其成功地描述了这个爆炸之后一瞬间如何演变出这个宇宙,但是把他的这些公式运用于这个宇宙最早那一瞬间的极端环境时却产生了故障(就像计算器在运算1除以0时得到的错误信息那样
吧?),因此这个大爆炸无法让人深刻地认识这个爆炸本身的动力。
产生火力的燃料
20世纪80年代,物理学家阿兰·古斯提出了宇宙大爆炸的一个增强版,叫作膨胀宇宙学,大有填补这个关键空白之势。这个提议的核心部件是一种假设的宇宙燃料:如果集中在一个微小的区域,这种燃料会让空间产生短暂且巨大的外推力——一次爆炸,而且是一次巨大的爆炸。事实上,数学计算表明,这次爆炸非常剧烈,就连量子领域里的微小颤动都会产生极其巨大的伸展力,顺利地穿越空间,就像过度拉伸的弹性纤维一样,呈现出它的结构模式,产生一个温度微弱变化的精确图案,在整个夜空中展现微热的点和微冷的点。20世纪90年代初,美国航空航天局的宇宙微波背景探索卫星首次探测到这些温度变化,为项目组负责人约翰·马瑟尔和乔治·斯穆特赢得了诺贝尔奖。
数学分析引人注目,它也揭示出宇宙的膨胀会随时补充其燃料,其效率非常高,燃料耗尽的情况几乎不可能。这正是多重宇宙的入口。也就是说,大爆炸不可能是一种独特事件。它的燃料不仅给爆炸提供动力产生我们这个膨胀的王国,也会为无数其他爆炸提供动力,而这些其他的爆炸个个都会产生自己独立的膨胀宇宙。那么,我们的宇宙就是多重宇宙这个宇宙泡泡浴中逐渐膨胀的一个泡沫。
这个前景非常引人瞩目。这种观点如果正确,那么它将给宇宙一长串的重新评估提供一块压顶石。我们曾经以为我们的地球是一切的中心,后来认识到它只不过是围绕太阳运转的许多行星之一,然后我们又了解到我们的太阳处于银河系的边缘,另外还有数不清的恒星,然后又意识到宇宙中还有无数其他星系。现在膨胀宇宙学提出,我们这个拥有无数星系、恒星和行星的宇宙可能只是构成一个大宇宙的许多小宇宙之一。
然而,先行者安德烈·林德与亚历山大·维兰金20世纪80年代提出多重宇宙时,物理学界的同仁只是耸耸肩膀而已。那些其他的宇宙即使存在,也处于我们能够观察的范围之外,所以我们只能接近我们这个宇宙。在当时来看,显然它们不影响我们,我们也不影响它们,井水不犯河水;那么,其他宇宙在科学方面能对致力解释我们看到的世界发挥什么作用?
由于抱着这样一种心态,这方面的研究停滞了大约10年;然后,一项令人吃惊的天文学观察暗示了这个问题的答案。
暗能量之谜
虽然说发现空间在膨胀具有革命性,但是关于膨胀有一个方面几乎每个人都认为是想当然的。正如地球引力的作用会使上抛的球减速,每个星系对其他星系的拉力同样会使空间的膨胀减速。
20世纪90年代,两个天文学家团队着手测量宇宙减速的速率。通过对遥远星系多年的苦心观测,两个团队收集到了空间膨胀速度如何随时间变化的数据,完成数据分析之后,大家都大吃一惊:膨胀速度非但没有降低,反而从70亿年前就加快了,从此以后一直在增速。这就好似向空中投球,最先曾经减速,但是随后更快地蹿向空中。