平行宇宙(加来道雄)

M 理论是如何从无到有,一步步地发展成人类最前沿物理学理论的

弱电理论 标准模型

虽然爱因斯坦没能构建起万物理论,但他为物理学界打开了视野,所以后来的学者都能朝这条路努力。比如 20 世纪 60 年代,美国物理学家史蒂文・温伯格等人成功地把四种基本力中的两种,也就是把弱核力和电磁力,用弱电理论统一起来,他们也因此获得了诺贝尔物理学奖。

7 年之后,科学家们又进一步,他们提出了一个叫做 “标准模型” 的新理论,这个理论统一了电磁力、弱核力和强核力,也就是说除了引力之外,统一了四种力中的三种。到目前为止,标准模型能满足所有关于粒子物理学的实验数据,按理来说也算是挺成功了,但科学家们却很不满意,因为标准模型有很大问题,那就是它本身特别奇怪。比如,为了符合实验数据,模型里有人为放进去的 19 个参数,而这些参数本身没有任何理由和意义,所以这个模型看起来就像是修修补补拼凑出来的。再加上标准模型并没有把引力统一进去,所以它也不是科学家们想要追求的万物理论。

弦论

同样是 20 世纪 60 年代,意大利物理学家韦内齐亚诺和同事创立了一种叫做弦论的物理理论,就是我们刚才提到的弦论。为什么叫弦论呢?因为这个理论认为,所有的微观粒子,比如电子和中微子,本质上都是空间中一根根微小的弦通过振动产生的,因为弦具有不同的振动状态,所以粒子才会出现不同的种类。这个弦有多小呢?科学家们规定,它的长度是物理学能允许存在的最小长度,用术语说就是一个普朗克长度,大约有 $1.6 \times 10^{-33}$ 厘米这么小。

M 理论

科学家们就发现了弦论的形式其实不止有一种,而是多达五种,这五种形式不同的弦论都自成一体,能自圆其说。这就让科学家们很困惑,他们没法解释为什么宇宙中会有五种弦论,再加上其他种种问题,科学家们逐渐意识到弦论还有着重大的理论缺陷。

直到 1994 年,美国物理学家 Edward Witten 等人才从数学角度做出了重大突破。他们发现,我们其实可以用一种更包罗万象的理论来把五种不同的弦论统一在一起,而这种包罗万象的理论就是 M 理论。M 理论的突破之处就在于,它可以利用数学方法,用五种方式来演算,变幻成五种不同的弦论,所以它实质上就是五种弦论的统一体,这样就能解决弦论的理论缺陷了。

M 理论和其他各种推论是怎么支持平行宇宙存在猜想的

M 理论的数百万个方程解

所以有越来越多的科学家认为,如果我们没有办法给弦论的方程式找到一个独一无二的解,那干脆就别费这个劲儿了,因为所有的解可能都是对的,每个解都对应着一个平行宇宙。

暗物质

因为 M 理论推导出,引力可以穿越时空的界限,抵达其他的宇宙空间,也就是说,平行宇宙中的星系产生的引力,可以抵达我们的宇宙,从而被我们观测到,所以我们虽然看不到其他宇宙中的星系,但是却能通过观察它们产生的引力,间接地发现它们的存在,这就是暗物质的来源。

Andrei Linde

从哲学的角度来看,如果我们认为宇宙是通过某种过程产生的,那这种过程就没理由只发生一次,所以作者说,只要我们承认一个宇宙可以被创造出来,那我们就几乎要被迫承认,无限多个平行宇宙也可以被创造出来。

Martin John Rees

生命的诞生条件是很苛刻的,而我们的宇宙恰好满足能产生生命的所有条件,那这就不应该只是一个巧合,我们也不应该把它当成一个巧合。要想解释这个现象,就最好假定存在着无数个宇宙,在这么多宇宙里,大多数都不具备产生生命的条件。

为什么说平行宇宙很可能是人类的最终归宿

世界末日

目前,宇宙大爆炸理论,是人类所有关于宇宙演化的理论中最被科学家们认可的一个。大爆炸理论猜想的是,宇宙是从一个叫做奇点的无限小的点爆炸而来的,奇点爆炸之后就一直在不断膨胀,一直过了 137 亿年才形成了今天我们所看到的宇宙,而且这个膨胀的过程一直还在持续着。目前科学家们还没法确定,这个膨胀的进程是会一直持续下去,还是有一天会停止。

世界末日可能会有两种形式:第一种是,宇宙会像现在一样继续膨胀,而且无限膨胀下去,最后所有生物灭亡;
(1) 宇宙中所有发光发热的恒星,我们可以把它们类比成煤球,虽然可以点着,但总有一天会熄灭
(2) 热力学第二定律 -> 降温

第二种是,宇宙有一天会停止膨胀,然后开始收缩,进行一个大爆炸的反向过程,最后宇宙里所有的物质都会收缩到一个点上,然后同样的,所有生物都会灭亡。

哪些方法延续文明

俄罗斯物理学家尼古拉・卡尔达舍夫,曾经就提出过宇宙中智慧文明等级的分类方法,他把文明分成三等,用罗马数字的 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 来标记。Ⅰ 类文明指的是能掌握行星级别能量的文明;Ⅱ 类文明则可以掌握一颗恒星的能量;Ⅲ 类文明指的是能掌握一整个星系所包含能量的文明。每类文明和更低一等级文明之间的差距约为 100 亿倍。人类文明目前还达不到 Ⅰ 类文明的水平,因为我们还不能随心所欲地掌握地球上的所有能量。科学家们估算,人类文明目前只能算是 0.7 类文明,而只有达到 Ⅲ 类文明时,我们可能才会拥有逃离这个宇宙的能力。

先让我们乐观地假设,人类还可以安全快速地发展很长很长时间,最终达到 Ⅲ 类文明,那如果有一天未来人类铁了心,要趁宇宙灭亡前离开我们这个宇宙,那还必须经过一系列的步骤。

第一步,未来人类要创立一个万物理论。这个理论肯定要能解释宇宙中一切的基本现象,然后还需要用先进技术对这个理论进行验证,这样他们就能弄清楚很多方案的可行性了,比如怎么打开通往另一个宇宙的时空隧道。第二步,进入时空隧道或者制造一个新宇宙。未来人类可以通过先进的技术找到宇宙中自然存在的时空隧道,甚至可以自己制造出来时空隧道,这样就能前往其他的平行宇宙。或者人类也可以自己创造一个平行宇宙,因为到那时候,人类说不定就掌握了主动引发宇宙大爆炸的能力,可以在自己身边再造一个宇宙。第三步,如果刚刚说的所有路都被堵死,未来人类发现自己确实没有办法进行宇宙间的穿越,那唯一的出路可能就是再造文明了。霍金认为,根据量子理论的原理,如果物体的尺寸足够小的话,那这个物体就有可能进行时空穿越。如果未来人类能把自己的文明信息放到一个特别小的载体上,那或许就能让自己文明的信息穿越到另一个宇宙空间,这样一来,承载着人类文明种子的载体,也可以肩负起重担,在平行宇宙中再造人类文明。

Q:为什么想延续文明,这是哪种哲学思想?

美国物理学家 Steven Weinberg 曾经说过,“人生是场闹剧,只有为数不多的几件事可以让人生变得略有意义,努力认识宇宙便是其中之一,可以让人生带上一点悲剧性的色彩。” 中国的苏轼也有云,“寄蜉蝣于天地,渺沧海之一粟。