作者：段躍初 黃湘紅
2024 年 8 月 14 日，據《科學美國人》報道，薩拉·斯科爾斯和希德·甘德里扎德發表了關于多元宇宙的研究觀點。
人類生活在宇宙之中，這是毋庸置疑的事實。然而，一個令人深思的問題浮現出來：我們所生活的這個宇宙，是否僅僅是眾多宇宙海洋中的一滴水？多元宇宙的概念，不僅是科幻小說中引人入勝的主題，更是現代物理學中被一些科學家認真研究的真實可能性。
在現代物理學的多個分支中，一系列新奇的概念層出不窮。量子力學中，一個粒子能同時以所有可能狀態的疊加態存在，直至有人嘗試對其進行測量。此時，多種可能性崩塌，一個明確的物理狀態呈現在觀察者面前。而量子力學的“多世界解釋”假設，量子測量可能展現的所有可能狀態都在不同的宇宙中發生，每個宇宙都有各自不同的觀測者。這一解釋或許是多元宇宙在科學領域中最著名的觀點，但絕非唯一。
保羅·哈爾彭在其新著《多重宇宙的誘惑：額外維度、其他世界和平行宇宙》中，深入探討了這些潛在的平行現實，包括它們的歷史演變、哲學內涵以及對科學本質的深刻洞察。《科學美國人》有幸與哈爾彭就多元宇宙的概念如何與現代物理學契合、科學家目前所掌握的證據以及這一切對于我們存在本質的意義展開了交流。
那么，多元宇宙究竟是什么？從科學角度來看，這個想法可以分為量子多重宇宙和宇宙多重宇宙。量子多元宇宙是對量子物理學中測量時所發生情況以及人類生活與量子世界如何關聯這一問題的一種可能解答。它由年輕的研究生休·埃弗雷特三世于 1957 年提出，其推測不同的可能性會分裂形成不同的宇宙，人類經歷著多樣的現實，卻對自己的“二重身”一無所知。
宇宙學上的多元宇宙，則與被稱為“通貨膨脹”的概念相關。在宇宙的早期階段，這種快速膨脹相對容易實現且一直在發生，導致其他的泡泡宇宙不斷膨脹，我們的宇宙亦在其中。只是目前，它們超出了我們的觀測范圍。
我們宇宙的一些參數似乎恰到好處，處于能形成星系、恒星、行星和生命的正確范圍內。倘若像引力強度、電磁相互作用強度等這些常數稍有變動，那么我們所熟知的行星和生命將永無誕生之日。這就是所謂的“微調問題”。物理學家布蘭登·卡特在 1970 年左右提出，也許我們所在的宇宙區域乃至整個宇宙都是特殊的。或許，我們應當考慮所有其他的可能性，思考為何我們處于這個宇宙分支而非其他。這可能與存在一系列可能的宇宙有關，而我們恰好處于少數能夠支持結構形成并最終孕育出我們所熟知的生命的宇宙之中。然而，在大多數其他版本的宇宙中，我們不會存在。
然而，一個棘手的問題是，即便其他宇宙存在，也超出了我們的感知范疇。科學家目前尚無直接測試多元宇宙這一想法的方法。盡管在書中，哈爾彭提出了一些間接測試的設想，并指出未來或許能想出一些巧妙的直接實驗，但就目前而言，多元宇宙不可檢驗。在物理學中，還有其他一些觀點也永遠無法直接驗證。比如，宇宙在膨脹且加速，由于光速有限，我們永遠無法看到超過一定半徑（約 460 億光年）的宇宙部分。量子的不確定性也限制了我們一次所能觀察到的內容，海森堡的不確定性原理使得我們即便在理論上，也無法同時描繪出宇宙中所有粒子的位置和動量。
這就引出了一個關鍵的問題：科學的目標究竟是試圖探尋宇宙的真相，還是僅僅尋找能夠通過實驗證明的東西？人類一直致力于理解自己所處的世界乃至整個宇宙。我們運用各種工具，包括理論物理和直接觀察。雖然希望兩者能相互匹配，但有時會出現滯后。有時會有理論無法解釋的實驗結果，有時一些理論模型在沒有觀察的情況下也能得到一定程度的認可，直至后來才有科學的實驗結果。理論上令人興奮的想法，往往需要時間來進行測試。
當詢問不同的物理學家對多元宇宙的態度時，結果令人驚訝。一些被認為以觀察為基礎、思維冷靜的科學家，對多元宇宙的想法持開放態度；而另一些擁有深遠想法的人則劃清界限，拒絕接受多元宇宙的概念。不同的理論家各有偏好，這里面包含著一定的個人哲學。即使是受過專業訓練的物理學家，在遵循物理定律和廣義相對論、量子物理學的基礎上，哲學偏好依然有存在的空間。
作者薩拉·斯科爾斯希望通過這一系列的探討，讓人們能夠理解理論物理學中的各種可能性，哪怕是那些已被廣泛接受的理論，如廣義相對論和量子物理學，并明白它們是如何以某種方式融入到我們如今所觀察到的宇宙這個巨大謎團之中。在眾多可能性面前，為何事情會發展成如今的模樣，依舊是個待解之謎。
總之，多元宇宙的概念為我們打開了一扇窺探未知的窗戶，讓我們對宇宙的本質和人類的存在有了更深遠的思考。
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