横扫奥斯卡的多重宇宙,凭什么能真的存在?

作者: 马克斯·泰格马克(Max Tegmark)

来源: 环球科学

发布日期: 2023-03-16 21:03:24

本文探讨了《瞬息全宇宙》横扫奥斯卡后引发的多重宇宙主题的科学性争议。宇宙学家乔治·埃利斯对多重宇宙持怀疑态度,而马克斯·泰格马克则支持多重宇宙假说,并详细阐述了多重宇宙假说如何解释我们宇宙的特征及如何进行实验验证。文章还讨论了多重宇宙的不同层次及其存在的争议和证据,以及科学家对多重宇宙态度的变化。

《瞬息全宇宙》横扫了今年的奥斯卡,杨紫琼也成为了⾸位亚裔奥斯卡影后。但影⽚围绕的主题——多重宇宙——究竟是科幻还是科学?这其实在宇宙学家间曾引发了⼀场争议。

宇宙学家乔治·埃利斯(George Ellis)对平⾏宇宙持怀疑态度,还撰⽂讲述他的观点。作为回应,多重宇宙假说的拥趸⻢克斯·泰格⻢克(Max Tegmark)撰写此⽂予以反驳,阐述了多重宇宙假说为何能够解释我们存在的宇宙的诸多特征,以及实验上⼜该如何检验多重宇宙假说。

我们真的⽣活在⼀个多重宇宙中吗?抑或这种说法已经超出了科学的范畴?从建⽴伊始,多重宇宙的说法就不受待⻅。

布鲁诺提出了有着⽆限空间的多元宇宙,却在1600年被活活烧死。休·埃弗⾥特(Hugh Everett)因为坚持量⼦多重宇宙诠释⽽丢了⼯作,其物理⽣涯于1957年宣告终结。甚⾄我⾃⼰也亲身体会到了⼈们对多重宇宙说法的敌意:⼀些资深同⾏认为我所发表的那些有关多重宇宙的论⽂疯狂⽆⽐,迟早会毁掉我的职业⽣涯。然⽽,近些年来⼈们对多重宇宙的态度已经发⽣了天翻地覆的变化。

平⾏宇宙的概念频频出现在书本、电影当中,⽆所不在。

当说起我们的宇宙,我指的是⾃⼤爆炸以来的约138亿年⾥,光线能够到达地球的球形区域(这就是可观测宇宙的定义)。在讨论平⾏宇宙时,我认为可以从四个不同的层⾯去区分理解。

第Ι层:与我们的宇宙具有相同物理规律的遥远空间区域,但因为初始条件不同,演化历史亦不相同;第ΙΙ层:物理规律都不同的其他空间区域;第ΙΙΙ层:希尔伯特空间中的平⾏世界,现实的量⼦特性在其中得以呈现;第ΙV层:由完全不同的数学语⾔定义的空间区域,与我们的宇宙毫⽆关联。

在他的⽂章中,乔治把⽀持多重宇宙的论据进⾏了分类,并指出它们都存在问题。我总结了他反对多重宇宙的理由,如下:1)暴胀学说可能是错的(或者不是永恒暴胀)2)量⼦⼒学可能是错的(或者不遵循⺓正性)3)弦论可能是错的(或者没有多重解)4)多重宇宙学说可能⽆法被证伪5)⼀些⽀持多重宇宙学说的证据并不可靠6)宇宙微调论证的假设太多了7)多重宇宙的“多重”是个⽆底洞。

那么,我怎么看待这些批评呢?事实上,这七条理由我全都同意。但即便如此,我仍愿意赌上全部身家,认为多重宇宙的确存在!让我们先来探讨⼀下前四条理由。暴胀学说很容易实现第Ι层多重宇宙,如果加上弦论,就能实现第ΙΙ层多重宇宙。量⼦⼒学的数学最简形式(即满⾜“⺓正性”)会实现第ΙΙΙ层多重宇宙。如果这些理论都错了,多重宇宙存在的关键证据也就倒塌了。

请记住:平⾏宇宙不是⼀个理论——它们是⼀些理论的预测。

以太阳系为中⼼的可观测宇宙艺术图(对数尺⼨)。来源:维基百科。我认为关键之处在于,如果某个理论是科学的,研究并讨论这⼀理论的所有结论就完全合情合理,即使某些结论⽆法直接观测、证实。如果⼀个学说能够被证伪,我们不需要观察、检验它的所有预测,只需要保证⾄少⼀个即可。因此,我对第四条理由的回复就是,科学上能够被验证的是数学化的理论,⽽不⼀定是理论的预测。

乔治列举了很多所谓⽀持多重宇宙学说的观测证据,并指出它们都不可信,⽐如表明某些⾃然常数可能并⾮常数的证据,以及留在宇宙微波背景辐射上,表明宇宙曾与其他宇宙撞击,或存在奇特连通空间的证据。对于这些似是⽽⾮的观测证据,我与他持同样的质疑态度。但是,这些争议只和数据分析有关,跟当年冷核聚变闹剧的情况⼀样。

在我看来,科学家进⾏观测、探讨数据细节,进⼀步说明了多重宇宙学说属于科学的范畴,这也正是区分科学与⾮科学争论的重要⼀点!

乍看之下,我们存在的宇宙似乎为⽣命的出现做了种种令⼈难以置信的精细调节,哪怕是把众多物理常数中的任何⼀个,稍微变那么⼀点点,我们理解的⽣命就绝不会出现了。这是为什么呢?

如果存在诸多物理常数各不相同的ΙΙ层多重宇宙,那⼈类出现在罕⻅的宜居宇宙也就不⾜为奇了,就好像我们不会惊讶于⼈类⽣活在地球上,⽽不是⽔星或海王星上。乔治反对⼈们⽤多重宇宙学说得出这个结论,但其实这正是我们检验任何⼀个科学理论的⽅法,即假定⼀个理论是对的,再推导出结论。如果结论跟观测不符,这个理论就没⽤了。

乔治认为,如果我们把“⼀切有可能发⽣之事都会发⽣”太当真的话,就会滑⼊更为庞⼤的多重宇宙深渊,也就是第ΙV层多重宇宙图像。然⽽这恰好是我最⼼仪的多重宇宙图像。作为少数拥趸者之⼀,我⾮常乐于深陷其中!乔治还提到,多重宇宙学说引⼊了太多不必要的复杂性,与奥卡姆剃⼑法则相悖。不过作为⼀名理论物理学家,我判断⼀个理论是否优雅、简洁,是看它的数学⽅程,⽽不是看理论本身。

让我惊奇的是,数学形式最简单的理论往往会给出存在多重宇宙的预测。

我最后补充⼀个反对多重宇宙的理由。虽然乔治没有提到,但我觉得对⼤多数⼈来说,它或许是最有说服⼒的,即平⾏宇宙太诡异了,听起来不太靠谱。我已经仔细讨论了那些反对多重宇宙学说的观点,接下来就让我们多了解⼀些⽀持多重宇宙学说的观点吧。

我认为,如果⼈们接受“外部现实假说”(External Reality Hypothesis),所有的争议都将不复存在。这种假说认为,存在完全独⽴于⼈类的物理实在。⼀旦认可这个假说,那么⼤多数批评多重宇宙学说的观点都是以下三个可疑假设的组合:1)全⾯假设:对于某个物理实在,原则上⾄少要有⼀名观测者能够观测到它的全部信息。2)可教化假设:物理实在必须能被所有接受过适当教育的观测者直观地理解。

3)不可复制假设:不存在这样的物理过程,能够复制观测者,或是创造出主观上不可区分的观测者。

假设(1)和(2)显然来⾃于⼈类的傲慢⽆知。全⾯假设相当于重新定义了“存在”的概念,将它等价于⼈类可观测的事物。这跟将脑袋埋在沙砾中的鸵⻦并⽆⼆致。可教化假设的⽀持者早已不再相信孩童时期听过的美好童话,⽐如圣诞⽼⼈、局域实体论、⽛仙、创世说,但他们还需要努⼒思考,才能摆脱更加根深蒂固的传统认知。在我个⼈看来,科学家的职责是搞清楚这个世界的运作规律,⽽不是根据⼈类的哲学成⻅来臆想世界该如何运作。

如果全⾯假设是错误的,那么不可观测的事物就有可能存在,这也就意味着我们可能⽣活在多重宇宙中。如果可教化假设是错误的,那么批评多重宇宙论过于诡异的论调在逻辑上就不值⼀驳。如果不可复制假设是错误的,那就意味着没有什么实质依据,能够否认外部现实中存在你的副本。事实上,永恒暴胀和满⾜⺓正性的量⼦⼒学都存在实现这些过程的机制。

⼈类对⼤⾃然的认知往往是狂妄的。我们曾傲慢地以为⾃⼰是宇宙中⼼,天地万物都在围绕着⼈类运转。但后来我们逐渐发现,是⼈类围绕太阳公转,⽽太阳也不过是银河系中⽆数璀璨恒星中的普通⼀员。正是由于物理学的突破,我们才有可能更为深⼊地了解世界的本质。随着对世界了解的深⼊,⼈类将变得愈加谦卑,这或许对我们有利⽆弊。作为回报,⼈类将⽣活在⼀个更加宏伟的世界,⼀个超越⼈类祖先最狂野想象的世界。

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