平行世界和多元宇宙是一回事吗？它们有啥区别？

西一里2l6sluho 2022-05-10 发布于上海

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“去吧，除了这些，还有其他的世界。”——斯蒂芬·霍金

关于宇宙比较有趣、略带神秘色彩的话题是，我们感受到的现实可能不是唯一的版本。也许还有其他的宇宙，甚至可能有不同版本的我们，不同版本的历史以及不同版本的结果，一个各种各样的多元宇宙。今天我们就聊下多元宇宙和平行世界的区别，为什么我们认为多元宇宙存在，而平行宇宙只存在于科幻小说之中？

我们自己的宇宙

据目前最强大的望远镜观测到的宇宙尺度，以及在理论上的预测而言，宇宙的规模十分庞大，包括光子和中微子在内，我们的宇宙包含了约10^90个粒子，这些粒子聚集成了几千亿到几万亿个星系。就平均来说，这些星系中的每一个都有大约1万亿个恒星，我们所知道的一切均散布在宇宙中一个直径约920亿光年的球体中。

但是，不管我们在地球的位置上看到了什么？例如：各个方向上星系都是远离我们，各个方向宇宙看起来都是一样的。但这并不意味着我们处在一个有限宇宙的中心。而事实的情况恰恰相反。

在我们看来，宇宙的大小是有限的，而我们看不见比特定距离（可观测半径）更远的东西的原因不是因为宇宙的大小真的是有限的，而是因为宇宙只在其当前状态下存在了有限的时间。大爆炸以来，宇宙在时间和空间上都不是恒定不变的，而是从一个更均匀、更热、更稠密的状态发展到了今天更混乱（相对的）、更冷、更分散的状态。

空间的膨胀给了我们一个丰富的宇宙，其充满了许多代的恒星，一个残留辐射的超冷背景，星系离我们越远，膨胀得越快，而我们能看到的距离是有限的。这个极限是由大爆炸那一刻起，光所能传播的距离决定的。

这也并不意味着除了我们所能看到的宇宙之外就没有更多的宇宙了。而事实上，从观察和理论的角度来看，我们完全有理由相信还有更多，甚至可能无限多的宇宙。

通过观测，我们可以测量一些不同的量，包括宇宙的空间曲率，它在温度和密度上有多平滑和均匀，以及它是如何随时间演变的。

我们发现宇宙在空间上是平坦的，并且在一个比可观测宇宙大得多的体积上是一致的，也是平坦的，因此，在我们能看到的范围之外，在几千亿光年各个方向上的宇宙与我们的可观测宇宙非常相似。

暴胀理论如何创造多元宇宙

从理论上讲，我们可以把大爆炸推回到一个任意高温，稠密，膨胀的状态，但我们发现宇宙并没有在早期变得无限热和稠密，相反，在大爆炸之前，宇宙还经历了暴胀时期，并且创造了大爆炸的初始阶段。

在宇宙暴胀时期的这个阶段，宇宙不是充满了物质和辐射，而是充满了空间本身固有的能量：一种导致宇宙以指数膨胀的能量。随着时间的推移胀率会增加一倍，然后是四倍、八倍、十六倍、三十二倍等等。

有关暴胀理论的更多信息，大家可以在头条APP中搜索「暴胀理论」，看它是如何诞生大爆炸的初始状态的。

因为膨胀不仅是指数级的，而且在非常快的“翻倍”，这个过程发生在大约10^-35秒的时间尺度上。也就是说，当10^-34秒过去时，宇宙的大小大约是它初始大小的1000倍；当10^-33秒过去时，宇宙大约是其初始大小的10^30（或1000^10）倍；当10^-32秒过去时，宇宙的大小大约是初始大小的10^300倍，以此类推。

很显然，我们的宇宙并没有永远的以这种方式膨胀，因为你现在正在玩手机（意思是如果我们宇宙一直这样膨胀，就不产生任何物质结构，当然也不会有我们），所以暴胀必须结束，大爆炸才会发生。我们可以把宇宙暴胀想象成：在一个非常平坦的山顶上，就像一个球慢慢地滚下来。只要这个球保持在接近山顶的地方，慢慢滚动，暴胀就会继续，宇宙就会呈指数级膨胀。然而，一旦球滚入山谷，膨胀就结束了，这种滚动行为导致能量消散，将空间本身固有的能量转化为物质和辐射，将我们从一种膨胀状态带入热大爆炸。（下图上）

当一个球滚进山谷时，暴胀就结束了。膨胀场是量子场（中间），随着时间的推移而扩散。许多空间区域（紫色、红色和青色）暴胀结束，更多的空间区域（绿色、蓝色）暴胀还在继续，可能会持续一段时间（下图）。

在我们开始了解暴胀之前，有几件事值得一提：

暴胀不像一个现实中的球（经典场），而更像一个随着时间扩散的波，一个量子场。而这个量子场会导致更多的空间区域发生暴胀。

这意味着，随着时间的推移越来越多的空间发生暴胀，某些地区，在概率上，暴胀会结束，而其他地区暴胀会继续。

暴胀结束的区域会产生大爆炸和一个像我们这样的宇宙，而没有发生大爆炸的区域会继续暴胀更长时间，它们结束时也会发生大爆炸！

随着时间的推移，由于膨胀的动力，暴胀结束的两个区域将不再相互作用或碰撞（也就是没有任何的联系）；因为暴胀没有结束的区域会在它们之间扩大，把它们彼此分开。这样就产生了更多的，彼此分离、没有因果关系的宇宙，我们称为多元宇宙。

暴胀可能在任何给定的时间在任何一个区域的50%以上结束（用红色的X表示），但仍有足够多的区域会继续暴胀下去，不会有两个宇宙发生相互作用。

基于已知的物理定律和我们宇宙中仅存的观测数据，告诉了我们一些暴胀的状态。也就是说，我们不太了解这种暴胀状态，这就带来了大量的不确定性和可能性：

我们不知道这种暴胀状态到它结束并引发了热大爆炸持续了多久。我们的宇宙可能只比我们所能观测到的部分大一点点，可能比我们所能看到的大很多的数量级，也可能是真正的无限大。

我们不知道暴胀结束的各个区域（宇宙）是否都是一样的，或者它们是否与我们的区域（宇宙）有很大的不同。例如一些基本常数，粒子质量、力的强度、暗能量的量在所有的暴胀结束的区域都是一样的。也有可能，不同的区域，也就是我们认为的不同的宇宙，有不同的物理性质。

如果所有的宇宙在物理定律上都是相同的，如果这些宇宙的数量真的是无限的，如果对量子力学的多世界解释是完全正确的，这是否意味着存在平行宇宙的存在，在那里，除了一个微小的量子结果的不同之外，宇宙中的一切都与我们自己的宇宙完全相同？

总的来说，暴胀理论完全支持多元宇宙的存在！那么在另一个世界里，有没有可能有这样一个宇宙，那里发生的一切都和我们这个世界完全一样，只是你无意中做了一件不同的小事，结果就导致了你的生活变得非常不同？这就是我们常说的平行世界。

平时世界有可能吗？

在那个世界里，你的一念之间，奋发图强，最后当上了总统？

在那个世界里，你勇敢、果断，敢于直面任何困难和恶霸？

在那个世界里，你的一个选择让你在面临生死攸关的事件时有了不同的结果？

这是一个令人惊奇的概念：宇宙是为每一种可能的结果而存在的。也就是说所有非零概率的事件都是真实存在的。

如果真的是这样的话，首先，暴胀状态的发生不仅是在很长一段时间内（不仅仅是在我们宇宙存在的138亿年里）而是在无限长的一段时间里。

为什么这么说呢？当然，如果宇宙一直呈指数级膨胀，不仅仅是一瞬间，而是138亿年，或者大约4×10^17秒，那么我们说的是一个巨大的空间体积！尽管宇宙中有暴胀结束的区域，但宇宙的大部分体积都是由暴胀尚未结束的区域所控制的。

所以实际上，我们讨论的至少是10^10^50个宇宙，它们的初始条件可能和我们的宇宙非常相似。10 ^
100000000000000000000000000000000000000000000000000个宇宙，这可能是一个我们能想到的最大的数字。然而，描述粒子相互作用的可能结果，比这个数字更大。

每个宇宙中都有10^90个粒子，我们需要让它们在138亿年的时间里都有完全相同的相互作用的历史，这样我们才能得到一个与我们的宇宙完全相同的宇宙。对于一个有10^90个量子粒子的宇宙来说，要想两个宇宙的结果一样，这是一个很可怕的问题，在138亿年的时间里，这些粒子在10^10^50个宇宙中如何相互作用的？例如，我们在上面看到的数字就是1000！(10^3 !）或者1000的阶乘，它描述了任意时刻1000个不同粒子的排列顺序。注意，这个数(10^3)！要比(10^1000)大得多！

(10 ^ 3)！它更像是10^2477。

但是宇宙中不是1000个粒子，而是10的90次方。每次两个粒子相互作用，不仅会产生一种可能的结果，而是会产生一个完整的量子谱。所以宇宙中粒子相互作用的可能结果远不止是(10^90)！，这个数字比10^10^50这个微不足道的数字大了很多倍。

换句话说，在任何宇宙中，粒子相互作用的可能结果都趋向于无穷大，快于由于暴胀而增加的可能宇宙的数量。

即使不考虑基本常数、粒子和相互作用可能有无数个可能值的问题，事实是，可能结果的数量增长得速度，远远快于宇宙数量的增长！除非暴涨已经存在了无限的时间，否则就没有一个平行宇宙与我们的宇宙相同。只有无限的时间，才会造就无限的可能。

理论支撑多元宇宙，但平行宇宙有点不可能

奇点定理告诉我们，暴胀状态是过去的不完整状态，因此，很可能不会持续无限的时间，而是在过去产生了一些距离有限的点。确实可能存在很多的宇宙（多元宇宙），这些宇宙可能有不同于我们的宇宙的规律，也可能没有，但是确实没有足够的规律来给我们提供另一个版本的自己（平行宇宙）；因为可能结果的数量增长得太快了，比可能数量的宇宙要大的多。