想象这样一个场景:清晨,你如往常一样,按掉闹钟,从床上爬起,洗漱、吃早餐,穿好衣服,随后拎上包便打开家门,准备出门上班。路上,你看到不知被谁扔下的一个易拉罐,你顺手捡起,把易拉罐扔进了不远处的垃圾桶——又做了一件好事,你不禁在心里想。
然而,你能想象吗?在距离地球几乎无限远的另一个和地球极其相似的星球,一个与你长得一模一样的人,竟然从起床起便一直和你做着相同的事!洗漱、早餐、出门……只不过,他并没有注意到路上的易拉罐,而是直接往前走去。
这并非只是在科幻电影中出现的场景,反而很有可能真实存在于现实中。这正是如今科幻作品中常被提及的——平行宇宙理论!在距离地球10的10的29次方米外,可能正存在着“另一个你”,跟现在的你一样,正在阅读这篇文章!
平行宇宙究竟是什么?这是一个关于“宇宙”之外究竟是什么的天文学问题,也是一个关于人类究竟如何存在于宇宙中的哲学问题。这个问题是如此宏大,然而,它的起源却来源于物理学中最微小的东西——量子。
宇宙之外是什么?
宇宙之外有什么?这一问题对于人类来说似乎还太过遥远。毕竟,我们连自己繁衍了万年的地球都还不甚了解,还有着许多未曾探索的区域;更何况是庞大的太阳系,我们甚至还无法进行任何形式的星际旅行——而这一切,和宇宙的浩瀚比起来都只像一粒沙,渺小得微不足道。
不过,好奇是人的天性,即使我们无法触碰光年之外的星星,也不妨碍我们畅想:宇宙会有一个“边界”吗?在这“边界”之外,又存在着些什么呢?
要想解答这一问题,我们必须先定义一下,“宇宙”到底是什么——否则,一切讨论不过只是在做文字游戏。
宇宙是什么?有一句话这么说:“上下四方曰宇,古往今来曰宙”。“上下四方”指的是空间的范畴,“古往今来”指的是时间的范畴,在这样的概念中,“宇宙”指的自然就是包括一切空间和时间在内的所有事物。
然而,如果这么说的话,“宇宙之外”这个问题就失去它的意义了,毕竟,“宇宙”在这里已经包含了所有的事物,是一切存在。一切存在之外还能存在什么呢?这就成了无趣的“套娃”了。
因此,为了解决这一问题,我们必须引入一个新的概念——“可观测宇宙”(又叫“哈勃体积”)。顾名思义,简单地说,可观测宇宙就是以人类为中心,看向每一个方向,可以观测到的所有宇宙的范围,用一个词概括,就是“目之所及”。
然而,所谓的“观测”,并不只是人类单方面的行为。实际上,这一过程除了需要人“看”的动作以外,还需要满足一个条件——光的传播。也就是说,可观测宇宙包含了两个方面的意思:第一,是足以让观测者观测到该范围内的物体;第二,是物体发出的光可以到达观测者。
这两个条件看似很容易满足。毕竟,哪怕是与我们相隔再远的恒星,只要时间够长,它发出的光就应该总有一天可以到达地球,并被人类观测到。这么说,我们的可观测宇宙的范围,应该会随着时间的推移越来越大,直到某一个时间点,人类穷尽了宇宙的范围,观测到所有存在的星星。
然而,实际情况却并非如此,因为宇宙其实是“运动”着的,它在不断地膨胀,甚至,是以超越光速的速度在膨胀!
1929年,美国天文学家埃德温·哈勃从其他星系中观测到了一个里程碑式的现象——“红移现象”。
在宇宙中,它指的是天体与地球的距离产生变化时,其电磁辐射会因种种原因出现频率降低的现象,在可见光波段则表现为光谱的谱线朝红端移动了一段距离,在我们眼中的表现即是越来越红,随后越来越暗淡,直到彻底从我们的视野中消失。
根据这一现象,哈勃惊奇地发现,距离地球较为遥远的星系,竟然正在急速地远离地球!反之,则是有一部分距离地球较近的星系,正在向我们靠近。
这意味着什么?把时间无限倒退回过去,所有的天体按照来路返回,那么,很有可能,宇宙起源之初存在一个“奇点”,它因某种不可知的原因发生了“爆炸”,随后奇点中的所有物质全被“抛”向了周围,它们越飞越远,并逐渐在这一过程中聚合、变化,形成了如今的行星、恒星等各类天体。
经过137亿年的演化,所有曾经存在于宇宙奇点中的物质还未停止它们被“抛”出去的运动,持续地向外飞去。由此,哈勃认为,整个宇宙是不断地在膨胀的。后来,哈勃的观点发展成了现今天文学流传较广的两大理论——“宇宙大爆炸理论”以及“宇宙膨胀理论”。
宇宙膨胀的速度究竟如何?天文学界还没争论出个所以然来。
但并不难理解,假设我们站在宇宙奇点的位置,行星A朝着一个方向远离奇点,同时与它相对的行星B则从反方向远离奇点,那么行星A和行星B即使远离奇点的速度并不快,但日积月累,它们之间的距离越来越远,光需要走的距离也越来越远,那么,总有一刻,两颗行星之间的距离会让光永远也无法到达对方的视野,即造成了视觉上的“超光速”。
这时,站在行星A上再也无法观测到行星B,反过来也是一样的。
同样的道理,把行星A换成地球,我们就很好理解这一切了。对于人类来说,有一部分遥远的宇宙会因为相同的原因,永远都无法被我们观测到,而从理论上来说,这一部分宇宙就在可观测宇宙之外。
从这个意义上说,对于人类的“宇宙之外”,即可观测宇宙外部的宇宙空间,实际上应该与我们现在所处的宇宙空间差不多。因为我们遵循着同样的物理规律,同样会诞生生命宜居的行星,同样会在机缘巧合之下有生命不断繁衍并形成文明,同样会有外星人遥望天际,测算出它们的可观测宇宙——相对地,它们的可观测宇宙中也不包含着地球的存在。
由此,还诞生了一种关于外星文明的猜测——孤岛论。这种观点认为,宇宙中除了人类外必然还存在其他的文明,而我们之所以至今还未和它们产生联系,正是因为不同的文明各自位于其不同的可观测宇宙中,就好像划定了彼此活动的范围一样。
来自不同文明的光和信号由于宇宙的膨胀,永远也无法到达位于其可观测宇宙之外的另一个文明,宇宙中的文明就好像一个又一个的孤岛,永远无法与其他文明接触,甚至永远无法观测到其他文明的存在。
那么,再细究一下,假设我们的视线可以看见无限远的星系,我们可以看到宇宙中的所有星系,看见宇宙的“边缘”,那在这个边缘之外,我们所处的整个宇宙之外,又会存在着些什么呢?
正所谓“乐极生悲”、“苦尽甘来”、“物极必反”,我们老祖宗的大智慧往往直到今天也能为我们指引迷津——当一个问题朝某一方向发展到极致时,往往需要从这一问题的反面去思考,反而可以得到解答。于是,当科学家们把眼光投向最小的物理单位——量子时,宇宙之外的存在有了新的可能性。
从量子到平行宇宙
世界上最小的东西是什么?在微观物理学得到发展后,我们知道了万事万物都由原子、电子、中子等微观粒子组成。那么,再把这些单位不停切割,得到一个最小的不可分割的基本单位,我们就得到了量子。由此,在20世纪前期,改变传统物理学的量子力学理论诞生了。
在这一理论中,众多物理学家都认为,微观粒子的状态可以用波函数(Wave function)来描述,也就是说,当微观粒子处于某种状态时,它的坐标、动量、能量、角动量等力学量不会具有确定的数值。通俗地说,就是在量子力学中,微观粒子的运动具有不确定性和概率性。
著名的“单电子双缝干涉”实验很好地体现了上述观点。简单地说,科学家在实验中设置了一个电子,同时为其设置了两条缝作为其运动穿过的路径。以经典物理学的眼光看,这枚电子在同一时间只能穿过一条缝。然而,在量子力学的领域却并非如此。
量子力学中,这枚电子有了许多种可能性,它可能穿过了这条缝,可能穿过了那条缝,甚至可能同时穿过了两条缝,然而,在进行测定时,科学家们的仪器却永远只能发现电子通过了其中的某一条缝。
物理学家尼尔斯·玻尔为此提出了著名的“哥本哈根解释”:当科学家未进行观测时,电子可能通过任何一条缝,而一旦进行观测,电子有了准确的位置,它在被测量的瞬间,其波函数就坍缩到了它被观测到存在的这一点。
根据这一理论基础,物理学家埃弗雷特提出了一个极其大胆的“多世界解释”:实验中的电子在被观测后仍然处于存在于两缝的叠加态。也就是说,在电子穿过双缝后,两个叠加在一起的世界出现了——假设我们的世界中,电子通被观测到通过了左边的缝隙,那么就会有另外一个世界,电子被观测到通过了右边的缝隙。
以著名悖论“薛定谔的猫”来举例,即死猫和活猫都是存在的,只不过它们不存在在同一个世界。当观测者观测到某一结果时,整个世界就会分裂成两个版本,两个世界在此后将完全独立、平行、互不干涉地各自演变下去,形成所谓的“平行世界”,或者说,“平行宇宙”。
如果宇宙空间是无限大的,那么,按照概率计算,在10的10的29次方米之外,就会存在一个地球的“平行地球”,它有着和我们的地球相同的演化进程,有着差不多的历史,而在上面,会有“另一个你”存在,和你干着一模一样的事,有着和你一模一样的脸。
不过,10的10的29次方米可不是一个小数字。一千万亿如果写成阿拉伯数字,1后面要跟15个0;一古戈尔则要在1后面加上100个0。而10的10的29次方米,甚至需要在1后面加上10万亿亿亿个0,完全无法在任何人类的仪器上显示——怪不得,这一计算的前提是宇宙空间的无限大。
平行宇宙可以被观测到吗?
既然我们与我们的平行宇宙在理论上来说是互不干涉的,那么,我们还有机会观测到平行宇宙,并证实它的存在吗?
这并非天马行空、无稽之谈。实际上,如果你现在拿出手机,在随便一个社交媒体在搜索“平行宇宙”,你会看到很多看似灵异的“怪事”:明明确认自己的某件东西丢了,却在不久后在显眼的位置发现了“原本的”这件东西;明明自己没去过某地,却突然发现了自己在此地的照片;明明记得某公众人物已经去世了,却又看见他活跃的新闻……
每次这种帖子之下,评论区点赞最高的评论一般都在说“平行宇宙”的存在,是平行宇宙不小心与我们的宇宙发生了碰撞,于是产生了时空错乱的现象。
实际上,确实有科学家尝试解释不同宇宙间的碰撞:当我们的宇宙与其平行宇宙发生碰撞时,会在宇宙微波背景辐射中留下痕迹,这种痕迹是可被我们观测到的。英国一个研究团队曾表示,他们通过对宇宙微波背景辐射图的研究,找到了4个这样的痕迹,也就是说,我们的宇宙至少与平行宇宙产生了4次碰撞摩擦。
显然,在这样的观点中,我们所处的整个“宇宙”之外,实际上存在着许多不同的其他宇宙。在这些宇宙中,“另一个你”可能没错过那个让你追悔莫及的人,可能弥补了你曾经耿耿于怀的遗憾,可能实现了你在这一宇宙中望尘莫及的理想。
但,如果要确实证明平行宇宙的存在,人类还需要大量的观测、计算以及理论研究——这一过程可能需要上万年,也可能只需要一次技术突破的契机。
你又如何看待平行宇宙理论呢?
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