科学探索|宇宙之初：大膨胀更加急速的暴胀
宇宙只有一个 ， 感觉很孤单吗？不要紧 ， 最新的宇宙发现表明 ， 我们的宇宙外面很有可能还有其他的宇宙 。
宇宙不只一个 ， 这个观点就是多元宇宙 。
多元宇宙这个概念 ， 提出来已经有很长的时间了 。 在近代,它是一个引发了自然科学、哲学等许多学科深入思辨的问题 ， 而且它也是科幻作品所热衷的话题 。 不过 ， 问题是,谁能证明宇宙不只一个?
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最新的、最令人激动的理论发现 ， 宇宙在早期曾经发生过暴胀 ， 这个暴胀理论就不可避免地会推导出“宇宙不只一个”这种结论 。
【科学探索|宇宙之初：大膨胀更加急速的暴胀】为什么说暴胀理论就意味着多元宇宙的存在呢？
大爆炸之后更加急速的暴胀
暴胀理论有许多种不同的版本 ， 我们这里通过介绍美籍俄裔物理学家安德烈·林德所提出的暴胀模型 ， 来说明为什么暴胀蕴含着多元宇宙这种思想 。 林德指出 ， 在大爆炸后很短时间内 ， 宇宙空间继续发生更加急速的膨胀 ， 膨胀速度远超过光速 。 暴胀之后 ， 宇宙虽然还会继续膨胀 ， 但速度则低很多 。
暴胀理论提出来之后 ， 林德发现 ， 如果把这个理论与最新的粒子物理学结合起来 ， 暴胀理论是行不通的 。 因为如果要出现暴胀 ， 必须满足极为苛刻的条件 ， 例如需要极高的能量 。 但在大爆炸后很短时间内是很难具备这些条件的 。 不过 ， 他很快找到了一个解决方案 。 在宇宙暴胀之前 ， 宇宙是十分小的 ， 比亚原子粒子的万亿分之一还小 。 根据量子理论 ， 在这个极小的尺度下 ， 时空如同充满了沸腾的、混乱的“量子泡沫” ， 而且在这尺寸下的时间和空间的经典概念不复存在 。 在这样的量子泡沫中 ， 能量起伏跌宕 ， 某些区域内的能量可能会具有更多的能量 ， 达到某个临界值 ， 就会触发暴胀 。 所以说 ， 并不需要特殊的条件 ， 即可在这量子泡沫中暴胀出一个宇宙 。 就像洗衣盆里的泡沫一样 ， 有的很小 ， 有的却涨得很大 。
当初林德把这个观点称为混乱暴胀理论 。 当时许多同行给了他白眼 ， 不过林德不仅坚持自己的观点 ， 而且继续优化了自己的理论 。
暴胀中产生无数个宇宙
根据林德的暴胀理论 ， 量子泡沫的某些区域发生暴胀时 ， 所包含的能量会随着膨胀逐渐稀释 。 稀释到一定程度 ， 暴胀就会停止下来——我们所能观测到的宇宙就是这么形成的 。 同样 ， 在别的地方也会发生暴胀 ， 形成别的宇宙 。 即使在已形成的宇宙中 ， 并不是所有的地方的能量都被稀释掉了 ， 可能有些地方的能量会因量子效应 ， 重新到达临界值 ， 并再次引发时空的暴胀 ， 形成新的宇宙 。 于是这样反反复复 ， 一个暴胀过后还会有下一次的暴胀 ， 每一次的暴胀就会产生一个新的宇宙 。 所以在不断暴胀中就会产生无数个宇宙 。 林德把这些宇宙统称为“永恒自我复制的宇宙” 。
这样 ， 多元宇宙就出现了！
另外 ， 对于一个自我复制的宇宙 ， 例如我们所观测到的宇宙 ， 你是无法判断它到底是最初的那个宇宙 ， 还是从另一个宇宙诞生出的 。 林德认为 ， 也许原则上你是无法找到最初的那个宇宙的 。 我们可以说 ， 所有的宇宙都会永远不断地进化下去 ， 你既找不出它们最终的宇宙 ， 也找不出最初的宇宙 。
多元宇宙中的暗能量
2014年3月 ， 科学家检测到了来自宇宙大爆炸后瞬间产生的引力波 。 而这个引力波是由于宇宙暴胀产生的 。 其中 ， 检测到的数据与林德的暴胀模型所做的预言相符 。 如果这项发现被证实 ， 那么也意味着多元宇宙很有可能就是事实 。
多元宇宙这个概念不仅很惊人 ， 而且这种理论具有很高的实用性 。 多元宇宙如果存在的话 ， 可以解决许多令人头疼的问题 。
例如 ， 科学家在1998年发现 ， 我们的宇宙并没有因为恒星和星系间引力的存在而减慢膨胀速度 ， 反而以更快的速度膨胀 。 一般认为 ， 宇宙中存在着一种看不见的能量 ， 即 “暗能量” ， 它加速了宇宙的膨胀 。 暗能量很有可能来源于真空能 。 其来源是真空里分别具有正能量和负能量的虚粒子对在不断出现和泯灭 。 然后 ， 物理学家通过理论来计算真空能的密度 ， 发现理论的结果竟然是天文观测值的10120倍！这么大的差距足以使物理学家尴尬不已 。
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然而 ， 多元宇宙如果存在的话 ， 问题就迎刃而解了 。 宇宙不只有一个 ， 而我们的宇宙恰巧正是暗能量极低的一个 。 至于物理学家理论计算出来的真空能的密度 ， 是多元宇宙中的普遍密度 ， 不适用于我们这个特殊的宇宙 。 也许那些具有普通真空能密度的宇宙 ， 其内部物质早已被暗能量撕裂开了 。
我们选择了多元宇宙中的一个
多元宇宙也可以解释另一个尴尬：弦理论所预言的空间维度的数量 。 弦理论认为 ， 基本粒子都是由一维振动的“能量弦”构成的 ， 不过它还认为空间维度应该是9维或10维 ， 而不是我们所观测到的3维 。 解决这个问题也许很简单 ， 弦理论描述的是所有可能的宇宙 ， 而不单是我们这个特殊的宇宙 。 另外 ， 根据弦理论 ， 宇宙的种类可能有10500个 ， 这是一个极为巨大的数目 ， 大到什么程度呢？据计算 ， 我们的宇宙所有物质只有1078个原子！
另外 ， 多元宇宙有助于解释我们的宇宙为啥如此特殊 。 这种解决办法有时被称为“人择原理” ， 即宇宙之所以这样是因为我们在这里观察它 。
对于科学家来说 ， 我们宇宙的物理常数好像为了生命的存在而精心校对过 。 如果这些物理常数稍有变化 ， 原子结构很有可能就不复存在了 ， 恒星、行星以及上面的生命都不会出现 。 如果我们的宇宙是唯一的一个 ， 这就很难解释为啥这些物理常数如此特殊 。 但是如果我们的宇宙只是不计其数的多元宇宙中的一个 ， 那么适合生命存在的宇宙虽然很特殊但也会出现 ， 我们只是碰巧住在其中的一个 。 就好像一个人买彩票很难中奖 ， 但上百万人买彩票 ， 总会有人中奖 ， 我们地球就是多元宇宙中恰巧中奖的那一个宇宙 。
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