第一个多元宇宙的证据

1964年，物理学家阿诺·彭齐亚斯(Arno Penzias)和罗伯特·威尔逊(Robert Wilson)在新泽西州霍尔姆德尔的贝尔实验室(Bell Labs)工作，为射电天文观测搭建超灵敏微波接收器。

无论他们做什么，他们都无法消除接收器的背景无线电噪音，令人困惑的是，这些噪音似乎同时来自四面八方。彭齐亚斯联系了普林斯顿大学的物理学家罗伯特·迪克，迪克提出，射电噪声可能是宇宙微波背景辐射(CMB)，即充满宇宙的原始微波辐射。

这就是宇宙微波背景的发现。简单和优雅。

由于这一发现，彭齐亚斯和威尔逊获得了1978年的诺贝尔物理学奖，而且有充分的理由。他们的工作将我们带入了一个新的宇宙学时代，使科学家们能够以前所未有的方式研究和理解我们的宇宙。

然而，这一发现也导致了近代历史上最令人惊讶的发现之一:宇宙微波背景的独特特征可能是我们所拥有的关于多元宇宙的第一个直接证据——在已知的宇宙之外存在着无限的世界和外星人。

然而，要正确理解这一非同寻常的说法，有必要先回到时空的起源。

宇宙的历史

根据被广泛接受的宇宙起源理论，在大爆炸后的最初几十万年里，我们的宇宙充满了由原子核、电子和光子组成的非常热的等离子体，这些等离子体会散射光。

大约38万年前，宇宙的持续膨胀使其冷却到3000度K以下，这使得电子与原子核结合形成中性原子，自由电子的吸收使光照亮黑暗。

彭齐亚斯和威尔逊以宇宙微波背景辐射(前面提到的CMB)的形式发现了这一点，它帮助建立了宇宙学的大爆炸理论。

在漫长的岁月里，持续的膨胀使我们的宇宙冷却到大约2.7 K的温度，但这个温度并不均匀。温度的差异是由于物质在宇宙中不是均匀分布的这一事实引起的。这被认为是由大爆炸后发生的微小量子密度波动引起的。

特别值得一提的是，从南半球波江座(Eridanus)看到的一个地方特别冷，比它周围的温度低0.00015度左右。被称为“冷点”的科学家最初认为它是一个“超空洞”，一个包含比正常星系少得多的区域。

然后，在2017年，英国杜伦大学(Durham University)银河系外天文学中心的研究人员发表了一项研究，他们表示，该研究表明，冷点终究不是一个超级空洞。

而不是?这可能是外星宇宙存在的证据。

杜伦大学教授汤姆·尚克斯提出了他所称的对冷点的“更奇异”的解释。在他的作品中，香克斯认为冷点是“我们的宇宙和另一个泡泡宇宙的碰撞造成的……冷点可能会被认为是多元宇宙的第一个证据——数十亿个其他宇宙可能像我们自己的宇宙一样存在。”

此前，包括安东尼·阿吉雷、马特·约翰逊和马特·克莱班在内的物理学家已经指出，我们的气泡宇宙和多元宇宙中的另一个气泡发生碰撞，实际上会在宇宙背景辐射上产生印记。此外，他们注意到，它会以圆形的形式出现，具有较高或较低的辐射强度。

尚克斯的提议似乎符合要求，但这一特征真的能证明在我们的宇宙之外存在着无数个宇宙吗?

多元宇宙的法则

今天，有三个主要的竞争者来解释多元宇宙是如何运作的:哥本哈根解释，“多世界”或“波函数的分支”解释，以及弦理论的“平行膜”。

我们将把弦理论留到以后再讲重点讲另外两种解释。

物体可能存在的所有状态的总和被称为物体的相干叠加，它由物体的“波函数”组成。

量子力学需要一个平滑的，完全确定的波函数——一个数学表达式，以其位置和特性的多种可能性的形式传递关于粒子的信息。它还需要一些能够实现其中一种可能性并消除所有其他可能性的东西。

关于这是如何发生的，人们有不同的看法，但在最常见的理论中，被称为哥本哈根解释，这是通过观察波函数或通过波函数遇到“经典”世界的某些部分发生的。这导致概率，或者说波函数，“崩溃”，并迫使粒子进入一种状态。

哥本哈根解释是由物理学家尼尔斯·玻尔和维尔纳·海森堡在20世纪20年代提出的，他们认为粒子只有经过测量(观察)后才具有物质存在。

“哥本哈根解释”本质上是一个蒙混，而且对许多人来说，是一个令人不满意的解释。

1935年，奥地利-爱尔兰裔物理学家Erwin Schrödinger用他著名的思想实验“Schrödinger的猫”阐明了这个问题。

在这个理论实验中，一只猫和一些放射性物质以及一个盖革计数器一起被放在一个密封的盒子里。如果盖革计数器检测到放射性物质的衰变，它就会触发一种有毒气体的释放，杀死猫。

当盒子被密封时，猫就处于一种同时活和死的叠加状态。只有当盒子被打开时，猫才被迫进入一种或另一种状态。Schrödinger指出，这是荒谬的，量子叠加不能适用于像猫这样的大型物体，因为一个有机体不可能同时活着和死亡。因此，他认为《哥本哈根解释》在本质上是有缺陷的。

有人提出了一些替代《哥本哈根解释》的办法。例如，阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)和大卫·博姆(David Bohm)等人倡导的“隐藏变量”方法表明，在物理学家最终找到更好的东西之前，波函数应该被视为一种暂时的固定。在晚年，海森堡提出，问题出在我们对现实本身的概念上。他认为波函数代表了现实的“中间”水平。

最直接的方法可能是“多世界”解释(MWI)， 1957年，普林斯顿大学的研究生休·埃弗雷特首次提出了这一观点。埃弗雷特在约翰·阿奇博尔德·惠勒的指导下研究物理学，惠勒曾设想宇宙的结构是一个搅动的、由量子涨落构成的亚原子领域，他称之为“量子泡沫”。

在他题为《普适波函数理论》的论文中，埃弗雷特主张，普适波函数是真实的，不会像哥本哈根解释那样崩溃。在这种情况下，量子测量的每一个可能的结果都是在某个“世界”或宇宙中实现的，按照这种逻辑，必然存在一个非常大的，或无限个宇宙。

埃弗雷特对量子物理学的许多世界的解释很少得到更广泛的物理学界的支持，而且埃弗雷特的整个工作生涯都是在学术界之外度过的。埃弗雷特对自己的理论深信不疑，他想吃什么就吃什么，每天抽三包烟，酗酒过度，拒绝锻炼。1982年7月，休·埃弗雷特突发心脏病去世，终年51岁。

按照他的指示，埃弗雷特被火化，他的骨灰被扔进了垃圾。1996年，埃弗雷特的女儿伊丽莎白自杀了，她的遗书中写道，她也希望自己的骨灰被扔进垃圾桶，这样她就能“在正确的平行宇宙中与父亲见面”。

埃弗里特的儿子马克·奥利弗·埃弗里特后来组建了摇滚乐队“鳗鱼”，该乐队的音乐经常充满家庭、死亡和失去的爱的主题。

史蒂芬·霍金和多元宇宙

英国著名物理学家史蒂芬·霍金于2018年3月14日去世，此前几十年，他因患肌萎缩性脊髓侧索硬化症而被限制在轮椅上，依赖于语音合成器。霍金去世前10天发表的最后一篇研究论文是与比利时鲁汶大学(KU Leuven University)理论物理学教授托马斯·赫托格(Thomas Hertog)共同撰写的，内容涉及多元宇宙。

在这篇题为《顺利摆脱永久通胀?》霍金和Hertog提出，大爆炸后时空的快速膨胀可能反复发生，创造了众多的宇宙。

这是膨胀理论的扩展，目前认为大爆炸并不是真正的开始。膨胀理论认为，在大爆炸之前，宇宙充满了作为空间本身一部分的能量，而这种能量导致空间以指数速度膨胀。正是这种能量导致了宇宙大爆炸。

然而，因为暴涨，和其他事物一样，本质上是量子的，它必然在不同的时间，不同的地点结束，而地点之间的空间继续膨胀。反过来，这意味着宇宙中会有一些区域在暴涨结束和大爆炸开始的地方，但这些区域永远不会相遇，因为它们被暴涨空间的区域分隔开了。

在一次采访中，霍金解释了他对膨胀理论的担忧。他说，永恒膨胀理论预测，从全球范围来看，我们的宇宙就像一个无限的分形，由不同的口袋宇宙组成，被膨胀的海洋隔开。物理和化学的局部定律在不同的口袋宇宙之间是不同的，它们一起会形成一个多元宇宙。但我从来都不喜欢多元宇宙。如果多元宇宙中不同宇宙的尺度是巨大的或无限的，这个理论就无法得到验证。”

相反，他们两人预测，宇宙，至少在最大的尺度上，实际上是平滑和有限的。他们的理论使用了全息术的概念，全息术描述了在特定的三维空间中的物理现实如何在数学上简化为平面上的二维投影。通过使用这个概念，他们能够将永恒的膨胀降低到一个永恒的状态，定义在时间本身开始时的空间表面上。

Hertog和Hawking随后用他们的新理论预测，从永恒膨胀中产生的宇宙实际上是有限的，而且比现有的永恒膨胀理论预测的无限分形结构简单得多。

霍金解释说:“我们并不是只剩下一个单一的、独特的宇宙，但我们的发现意味着多元宇宙的显著缩小，可能存在的宇宙范围要小得多。”

这使得该理论不仅更具预见性，而且更易于验证。

而且，如果霍金和Hertog, Everett和Laura mersinii – houghton, Tegmark和Greene，以及其他许多物理学家都是正确的，那么在另一个宇宙的某个地方，就在你读这篇文章的那个时刻，霍金正在行走并热烈地谈论着物理学。让我们希望。

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