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多元宇宙的物理解釋(淺顯易懂):流行文化的寵兒,無限的可能性

簡介從邏輯上很容易理解許多物理學家認為多宇宙可能存在,從潛伏在黑洞視界後面的宇宙,到像肥皂泡沫中的氣泡一樣膨脹、不斷增長的宇宙

永恆之末泡沫蛙在哪裡抓

“宇宙”一詞曾經包含了存在的一切。

但是,隨著我們視野的擴大,許多科學家開始考慮我們的宇宙之外還有什麼,是否還有許多其他的宇宙潛伏在我們的視線之外。

影視上最受寵的概念

踏進電影院,你會注意到好萊塢已經愛上了多元宇宙。從漫威到DC再到迪斯尼,交替的宇宙、現實和不同時間線正在被寫入劇本,以吸引觀眾。

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媽。的多重宇宙

不僅僅是大製片廠在做這件事。極富歡樂的爆笑獨立電影《瞬息全宇宙》Everything Everywhere All At Once (也有翻譯叫“媽。的多元宇宙”)提出並回答:“如果所有事情都同時發生在任何地方,還有什麼意義麼?”

同樣,爆火的動畫《瑞克和莫蒂》將多元宇宙的概念作為一面鏡子來思考關於我們自己存在的嚴肅問題。顯然,多元宇宙的理念已經滲透進文化,越來越多地被大眾所接受。

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rick & morty

但是科學界是怎麼看待多重宇宙呢?有科學支援他們嗎?

從邏輯上很容易理解

許多物理學家認為多宇宙可能存在,從潛伏在黑洞視界後面的宇宙,到像肥皂泡沫中的氣泡一樣膨脹、不斷增長的宇宙。

從科學的角度,再參考歷史,多元宇宙其實並不奇怪。我們的眼界一直在不斷擴大。從井底之蛙到夜郎自大。有很長一段時間,人類認為地球是唯一的行星,天上天下就是整個世界。

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天上天下

我們現在知道,還有一個充滿無數其他行星的宇宙。那麼,很自然地推測,下一步,我們可能會發現宇宙也不是唯一的。

那麼,有哪些領先的多元宇宙理論呢?

宇宙膨脹多元宇宙,“距離產生美”

這是一個從我們自己的宇宙正在膨脹這一發現發展而來的理論。

基本觀點是,我們的宇宙是一個特定的時空碎片,正在演變為一個定義明確的實體。這個區域是均勻的、各向同性的(在所有方向上都是相同的),並且以一種明確的方式膨脹。如果追溯時間上的演化,那麼會發現宇宙的年齡從最初的膨脹開始大約為138億年。

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大爆炸後宇宙歷史的各個階段

在這種理論下,其他時空碎片可能也正在經歷自己的大爆炸,也會經歷自己的擴張。從距離上,它們無法影響我們的宇宙,歸為其他宇宙。所有這些宇宙的集合就是多元宇宙。

這種多元宇宙的想法在小說中流行起來,因為它是一種優秀的講故事工具。它在宇宙學中變得流行,因為它可以解決懸而未決的謎團,同時仍然符合現有物理學。

俄裔理論物理學家安德烈·林德(Andrei Linde)對這種多元宇宙的排列提出了一個建議。他將宇宙視為“泡沫”,在類似宇宙畫布的東西上膨脹,在永恆和混亂的膨脹中相互擠壓。他認為在這些不同的區域中物理定律不一定是相同的,它們可能有其他的版本。

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這意味著這些宇宙中的一些可能具有不適合形成星系或恆星等大規模結構的物理定律。它們甚至可能不具有相同的基本粒子,不能容納任何我們熟悉的生命。

弦理論多元宇宙,“最玄學”

弦理論是物理學家提出的一個建議,將量子力學和廣義相對論聯絡起來,這是我們對無窮小和不可理解的大的最好描述。

弦理論的基本思想是,夸克和電子等基本粒子實際上是一維弦中的一個點,以不同的頻率振動。

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弦理論試圖透過將它們建模為微小的弦來解釋自然界中的所有基本粒子

弦理論依賴一個關鍵——為了在數學上合理,弦理論需要存在“額外維度”。

這些不是我們在科幻小說中看到的平行維度。相反,弦理論家認為,這些額外的維度捲曲在傳統的三個空間維度中。它們對我們來說仍然是看不見的,因為我們進化到只能看到三維空間。這些額外的維度可以為弦理論的多元宇宙提供一條“途徑”。

理論上,大概需要10或11個維度,才能到達其他的宇宙。但,它們也可能永遠無法觸及和觀察,也幾乎不可能透過實驗來驗證。

無法驗證的東西,是雙刃劍——無法證明它的存在,但意味著也無法反駁它

黑洞多重宇宙,“經典的肥皂泡”

在大質量恆星生命的終末,當核聚變的燃料耗盡時,它將坍縮成一個黑洞——一個由稱為事件視界的表面限定的時空區域,任何東西,甚至光,都無法從中逃逸。

愛因斯坦的廣義相對論告訴我們,大質量可以彎曲時空。該理論還說,黑洞的中心有一個奇點,質量如此之大,時空曲率變得無限大,因此物理定律崩潰。

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根據愛因斯坦的廣義相對論,大型物體導致時空彎曲

這是一個困擾物理學家的概念,但有一個假設可以消除奇點,用一個完整的宇宙來代替它,進而形成一個多元宇宙。

奇點是非物理的,因為它們無法測量。這意味著它們的存在表明一個理論是不完整的。因此,科學家假設,每個黑洞都會在其內部——在事件視界的另一邊——誕生嬰兒——產生一個新的宇宙,併成為一座愛因斯坦-羅森橋(蟲洞),將這個嬰兒宇宙連線到黑洞存在的母宇宙。

在這個理論中,物質進入黑洞並最終進入新宇宙的類比可能是用圓棒吹肥皂泡。圓棒兒是事件視界——儘管是一維的——肥皂液是穿過事件視界的物質,氣泡的表面是新的宇宙。

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蟲洞:一個連線時空中兩個獨立點的假想捷徑

今年1月,義大利國際高等研究學院(SISSA)的研究人員估計,僅在我們的宇宙中,就可能有多達40萬億個黑洞——即4,後面跟著13個零,那是很多很多新生宇宙!

這些幼年宇宙將被事件視界的光捕獲表面隱藏起來,不讓其母宇宙的居住者看到,一旦穿過事件視界,就沒有回頭路了,父母和嬰兒之間永遠沒有互動。

量子力學的“多元宇宙”,流行文化的寵兒

在處理亞原子物理定律的量子物理學中,多元宇宙這個術語並不存在。替代稱呼是——“多個世界”。

這是一個完全不同的概念,以解釋量子系統如何在看似矛盾的狀態下同時存在——稱為“疊加”——以及這些矛盾狀態如何消失。

透過考慮歐文·薛定諤臭名昭著的思維實驗,薛定諤的貓,可以想象許多世界對狀態疊加存在的影響。

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薛定諤的貓可以幫助解釋疊加,但也可以解釋量子多宇宙

在量子力學思維實驗中,一隻不幸的貓子被放在一個裝有致命毒藥的密封盒子裡,貓子存在於狀態的疊加中,同時是死亡也是活著的。

這種看似矛盾的狀態只持續到盒子開啟——多世界假說完美解釋了一切,實驗者並沒有開啟盒子來發現貓是死是活。相反,他們開啟盒子,以發現自己身處的是一個貓死了的世界,還是一個貓活著的世界。

構成這個量子多宇宙的世界是相似的,只有極小的差異。

所有這些使得量子版本的多元宇宙成為最接近流行文化的多元宇宙, 電影作品中那些無限的版本,它確實包含。

好啦,就到這裡吧。你我普通人啊,沒必要理解萬物因果,稍微睿智一些,理解自己所處的小環境、小生態就好,抓住自己內心的安穩就是幸福。

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作者感謝你的關注(- _-)

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