什么是多元宇宙?

由:凯特创作

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宇宙是存在的。和另一个。还有一个……
©Mehau Kulyk/科学图片库/Corbis

我们说的是多元宇宙,所以你知道这个套路:想象你是你,但今天你没有吃一个苹果作为零食,而是吃了一块披萨。或者想象你不是你,因为质子在“你”所在的地方不以同样的方式工作,原子没有形成,整个宇宙没有生气,很奇怪。或者想象任何事情,因为当我们谈论多元宇宙时,我们经常发现自己在思考这些存在的无限可能性。这很好,很好;多元宇宙是关于这些“另类”世界的。但它也是一个物理学的通道,可能会回答一些严肃的问题,但仍然会招致怀疑者的严厉批评。

首先,我们来谈谈多元宇宙以及为什么它在一些科学家中如此不受欢迎,他们认为它更像是哲学而非科学。我们将从粒子物理学的标准模型开始,这是基本物质和存在于宇宙中的力的公认模型。在这一点上,我们已经看到了所有的:物质粒子(包括电子和质子),和四种力它们相互作用。

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我们与标准模型的一个差异是,虽然我们知道粒子有质量,但我们不知道质量是如何获得的。2012年,当科学家们在大型强子对撞机(Large Hadron Collider)的实验中观测到希格斯玻色子时,标准模型的最后一块拼图就出现了:由希格斯玻色子组成的希格斯场允许粒子获得质量。我们都在庆祝,因为科学被发现了,每个人都可以回家思考更重要的问题,比如玛丽小姐是否可以独自管理唐顿庄园,而把讨厌的追求者们排除在外。

我猜你已经确定科学没有被解决,而香草色鬼每周还在轰炸玛丽。因为虽然标准模型对我们所观察到的东西非常有效,但它仍然存在一些巨大的漏洞。正是科学家们如何解释这些黑洞,我们才有了多元宇宙的概念。那么,让我们来研究一下其中的一些差距,看看为什么多元宇宙可能开始听起来很有吸引力。

有几个大问题标准模型没有回答。比如重力在标准模型中是如何工作的,以及其他三种基本力是如何联合成一种力的。另一个突出的问题是,宇宙主要是由暗物质和能量构成的;我们一直无法观察到那个神秘的“其他”物质是什么。第三,虽然我们在大型强子对撞机的实验中看到了希格斯玻色子,但我们观测到的是一个没有什么意义的质量。它应该非常大;它其实很轻[来源:费米实验室].现在你或我——假设你不是世界著名的物理学家,如果你是,请说明你自己——可能会想,“太糟糕了。听起来标准模型不是很标准,也不算是一个模型。回到绘图板上,创建一个真正能解释问题的替代标准模型。”

然而,回想一下,标准模型实际上是被证实的;换句话说,标准模型所预测的一切都被观察到了。看来,标准模式并不需要被废除;我们“只是”需要弄清楚它无法解释的物理现象。

多亏了大型强子对撞机,我们正处在一个研究标准模型之外的秘密的迷人时代。大型强子对撞机的工作原理是将质子以接近光速的巨大速度撞击在一起。(这就是为什么它们被称为粒子加速器。)当质子碰撞时,会发生一场小规模的大爆炸,重现宇宙开始后的状态。我们可以研究从这些质子碰撞中飞出的碎片,看看我们是否能找到任何可能超出标准模型的粒子,让我们更好地了解如何回答模型没有回答的问题。

还记得我们说过我们应该感谢大型强子对撞机为粒子物理学提供了如此丰富的时间吗?一些科学家更可能对老式的大型强子对撞机抱怨一句“什么都不谢”。因为除了希格斯粒子,它什么也没发现。这是一件相当大的事情,因为一个被广泛接受的填补标准模型漏洞的想法是超对称的想法。简而言之,超对称说的是,对于每一个已知的有质量或力的粒子,都有一个还未被发现的比它重得多的超级伙伴。

超对称将为一系列标准模型问题提供一个优雅、自然的解决方案。它提出了暗物质的一个可行的候选者(以超级伙伴的形式),它解释了质量差异,甚至可以将三种力统一在一个单一的高能量[来源:施瓦兹].不幸的是,大型强子对撞机还没有找到一个超级伙伴,尽管我们应该能找到一些和希格斯粒子质量差不多的。事实上,我们还没有找到任何超对称的证据。

这就是多元宇宙的用武之地。这是标准模型的另一个延伸,它试图解释一些标准模型并没有真正被设计用来回答的悬而未决的问题。天啊,这是有争议的。

从本质上说,多元宇宙的概念(不止一个)表明这不是宇宙中唯一的宇宙。虽然在我们的小角落里,事情可能会以一种方式进行,但这并不保证存在一个恒定的、自然的秩序,包含了大写P的物理学。

这些多元宇宙的想法有许多不同的形式。也许我们生活在一个宇宙之上的另一个宇宙之上的另一个宇宙之上,以此类推,直到无限。也许我们生活在无限宇宙中的一个“口袋”宇宙中。也许我们甚至生活在一个宇宙的宇宙中,任何事情的任何可能结果都可能发生,因为所有的可能性都存在于它们自己的宇宙中。在任何情况下,多元宇宙都包含一个关键点:我们是一个意外。我们的宇宙并没有经过特别的调整,使我们的存在——以及一切事物的存在——成为可能。相反,这只是一种统计概率,在无数个宇宙中,有一个会像我们的宇宙一样诞生,其中的粒子可以聚集成原子、分子、草、空气、恒星、幸运符和人。

许多物理学家认为这一前景暗淡。如果没有什么可发现的,为什么要研究宇宙呢?如果我们的世界以这样的方式运行只是一个统计上的巧合,那么试图计算出这些力在什么能量下统一又有什么令人兴奋的呢?它只是一个数字。但除了对多元宇宙保持警惕的无聊理由之外,一些物理学家认为这是完全不负责任的科学,因为它还没有被看到,也没有人能证明它。

当然,科学通常是建立在不易检验的大问题之上的;这完全公平。我们不能只是根据事实来提出想法,否则永远不会有创造力的火花让我们超越我们已经知道的。但科学家确实依赖于寻找可验证的假设,否则我们就进入了另一个领域——我敢说,宇宙——叫做哲学。

这正是一些物理学家对多元宇宙和其他似乎无法验证的奇妙事物(如弦理论)感到沮丧的原因,因为弦理论具有我们根本不希望看到的多维度。(或感觉。或听到。你懂的。)如果我们不能测试它们,它们就只是理论想法,沦为晚宴上“如果……会怎样”的讨论。

当然,许多重要的科学理论在一开始似乎并不容易被检验。多元宇宙的问题在于,它要求我们停止看我们能看到的东西,而去探索我们看不见的东西。弗兰克].有人会说,试图解开我们可以观察到的事物的奥秘,远比追逐我们没有希望发现的假想事物重要得多。

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作者注:什么是多元宇宙?

正如你所能看到的,多元宇宙的概念在物理学界是两极分化的。在资料中,你会看到一些既喜欢又讨厌它的人的例子,我鼓励你去阅读双方的观点。

相关文章

  • 乔治·f·r·埃利斯“多元宇宙真的存在吗?”《科学美国人》。2011年8月。(2014年7月24日)http://www.scientificamerican.com/article/does-the-multiverse-really-exist/
  • 费米实验室,美国能源部。“为什么超对称呢?”YouTube视频。2013年5月31日。(2014年7月27日)https://www.youtube.com/watch?v=09VbAe9JZ8Y&feature=youtu.be
  • 福杰尔,蒂姆。“科学是智慧创造者的替代品。”《发现》杂志。2008年11月10日。(2014年7月24日)http://discovermagazine.com/2008/dec/10-sciences-alternative-to-an-intelligent-creator
  • 弗兰克,亚当。“一个宇宙太多了?”美国国家公共电台。2010年3月16日。(2014年7月24日)http://www.npr.org/blogs/13.7/2010/03/one_universe_too_many_string_t.html
  • 的命运,理解。"多元宇宙是一个科学概念"Scientia沙龙。2014年6月3日。(2014年7月27日)http://scientiasalon.wordpress.com/2014/06/03/the-multiverse-as-a-scientific-concept-part-i/
  • 莫斯科维茨,克拉拉。"我们可能生活在多元宇宙中的5个理由"Space.com。2012年12月7日。(2014年7月24日)http://www.space.com/18811-multiple-universes-5-theories.html
  • 奥尼尔,伊恩。“科学会戳破多元宇宙的泡沫吗?”《发现》杂志。2014年7月18日。(2014年7月24日)http://news.discovery.com/space/will-science-burst-the-multiverses-bubble-140718.htm#mkcpgn=rssnws1
  • 约翰·施瓦茨。“搭档”。加州理工学院。(2014年7月24日)http://theory.caltech.edu/people/jhs/strings/str121.html
  • 沃特,彼得。“弦理论错了吗?”美国的科学家。2002年3 - 4月。(2014年7月24日)http://www.americanscientist.org/issues/pub/is-string-theory-even-wrong

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