宇宙究竟是什么

时间:2024-06-27 11:44:08

塞思·劳埃德(Seth Lloyd):麻省理工学院量子力学工程教授,著有《为宇宙编程》(Programming the Universe)。

宇宙究竟是什么

看到这个陈述请不要感到奇怪——我知道宇宙已经存在了138亿年,它很可能会有1 000亿年或者更久的寿命。但是之后宇宙会去往何处?佛罗里达吗?可惜那里不够大。2 500年以来,人类一直认为宇宙是包罗万象的时空体,但是如今,这种观点该被淘汰了。21世纪的宇宙学强烈表明,我们看到的大千世界——星星、星系和从大爆炸以来的时空,并不是全部真相。不管宇宙是不是真实的,还是买套公寓准备养老比较实际一点。

那么,宇宙究竟是什么?测试一下你对宇宙的知识了解多少吧,请选择一项将下面的句子补充完整。

宇宙是:

1.由所有可见和不可见的事物组成,包括过去、现在和将来的事物;

2.始于138亿年前的宇宙大爆炸,包含所有的行星、恒星、星系、空间和时间;

3.是头大奶牛用舌头从一个老火坑的边沿上舔出来的;

4.上述所有。

(正确答案见文末)

几千年来,“宇宙是可观测的”这个理念在人类的脑海里一直根深蒂固。大量成功的观测,使得今天我们对宇宙起源的了解甚至比对地球生命起源的了解还要多。但是,观测宇宙学的成果越多,就越是把我们带入了死胡同,我们已经无法区分“宇宙”和“观测到的宇宙”了,也即分别指上述的答案1和答案2。基于同样的观测,我们重现了宇宙的详细历史,而这也意味着“观测到的宇宙”只是无穷宇宙中一个微乎其微的片段。同时,在大爆炸之后只过去了很有限的一段时间,这说明我们的观察只延伸到了距离地球100多亿光年的星空,而在这个视野之外,又有多少同样的100多亿光年?又有多少充斥着星系的空间延展下去?不管宇宙存在了多久,我们都只能接触到有限的一部分,而对剩下的无穷宇宙却一直鞭长莫及,也就是说,除了极微小的一部分,宇宙仍是荒蛮之地,遥远且不可探知。

这个打击确实不小,人类只能缴械投降,承认“宇宙等于可观察到的宇宙”这个说法不对。这或许也没什么大不了的,我们有什么理由不喜欢一个拥有无穷的未知空间的宇宙呢?可打击还是接踵而至。随着宇宙学家深入的研究,越来越多的线索表明,超出我们视野的不仅仅是无限的空间。回溯到宇宙大爆炸阶段,有一个称为暴胀的时期,在极其短的时间内,宇宙的尺寸多次成倍地增长。时空的绝大部分就是在这个急剧膨胀的时期锻造出来的。我们身处的宇宙,虽然无穷无尽,但也仅仅是一个有核的“泡泡”,在不断膨胀的海洋里飘忽不定。

更糟糕的是,膨胀的海洋还有其他无穷多个泡泡,每一个泡泡本身都是无限的宇宙。在不同的泡泡里,物理法则可以不同——在一个泡泡宇宙中的某处,电子有不同的质量;可在另一个泡泡里,电子根本不存在。多泡泡的宇宙通常又被称为多重宇宙。多重宇宙的这种混杂性可能并不招人喜欢,但很难消除。仿佛是觉得对统一性原则的羞辱还不够,量子力学定律又跳出来,证明宇宙正在不断地向着多个历史发展,或者分裂成“多世界”,我们所生存的宇宙只是其中之一罢了。而对于其他的世界里发生了什么,我们前所未见、闻所未闻。

两千年过去了,宇宙等于可观测的宇宙这个理念不得不铩羽而归。目力所及之外,宇宙是无数个星系阵列。无数个星系阵列之外,宇宙又是无数个泡泡宇宙,在膨胀的海洋里弹跳、破灭。你可以靠近但永不可及,量子力学中的多世界开始分叉、繁殖。麻省理工学院的宇宙学家马克斯·泰格马克(Max Tegmark)将三种增生方式分别称为I型、II型和III型多重宇宙。什么时候才是个头呢?不知为什么,还是一个唯一的、亲和的宇宙更让人觉得可靠和肃然起敬。

其实还是有一线希望的。多重性本身就代表着一种统一。至少我们现在知道,无论是我们看到的、听到的,还是摸到的,宇宙远大于我们所知。与其怨天尤人、坐以待毙,还不如让我们把多重性当作一个机会。

假设所有可能存在的事物都真正存在,多重宇宙不是一个缺陷,而是一个特征。不过要当心,这里说的“所有可能存在的事物”是一种抽象的哲学概念,而非物理概念。泰格马克和我已经用一个小小的限制条件表明了这点。当然,我们也可以从形而上学的边缘后退一步:假设物理上的多重宇宙包含的都是局部有限的事物,而任何有限的事物都可以通过有限的信息来描述。这样,在数学上就可以给出完整的定义:事物的行为可以在计算机上模拟(确切地说,是在量子计算机上)。基于其局部有限性,我们观察到的宇宙和其他各式各样的宇宙就都蕴藏在这个庞大的计算机中了。哇,在某个地方,有一头大奶牛!

所以正确答案是:3