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从童话到科学多重气泡宇宙理论或可被测试

2020-02-15 16:59:13来源:励志吧0次阅读

从童话到科学:多重气泡宇宙理论或可被测试

凤凰科技讯 北京时间7月21日消息,科学报道,近日加拿大安大略省周界理论物理研究所(Perimeter Institute)的科学家马修·约翰逊(Matthew Johnson)和他的同事正在努力将多重宇宙假设——这个听起来像个不可思议的童话——更严谨的引入到可测试的科学领域。

约翰逊制作的视频截图。他试图解释膨胀、永恒膨胀和多重宇宙的相关概念。

先不考虑宇宙大爆炸:最初一切都是真空。真空内部充满了能量(它有各种名称,例如暗能量,真空能量,膨胀场或者希格斯场)。和水壶里的水类似,这种高能量开始蒸发,气泡就形成了。每一个气泡都包含另一个真空,后者的能量更低,但并非什么都没有。这种能量推动气泡扩张,最终有些气泡与其它气泡发生碰撞。这可能会产生第二级的气泡,也许这些气泡非常罕见且遥远,也许它们紧密排列,就像泡沫一样。问题就在于这里:每一个气泡都是一个宇宙,而我们的宇宙只是气泡宇宙的多泡海洋里的一个泡沫,这便是多重假设的概略。

这一假设听上去并不糟糕,事实上,据科学家们表示,这是受到物理学的启发,它并非凭空捏造,而是产生于我们对宇宙暴涨的理解。宇宙暴涨理论并未被广泛的接受——大多数宇宙周期模型都否认这一观点。即便如此,暴涨理论仍是宇宙早期发展的主导理论,且目前还有一些观测性证据支持它。

暴涨理论认为在宇宙大爆炸后的瞬间,宇宙快速膨胀——它是如此迅速以至于一片曾经只有1平方纳米的宇宙区域在秒的时间内扩张成边长为2.5亿光年的区域。这个观点听上去不可思议,但它却能够解释某些令人困惑的天体物理学观测。

暴涨被认为是由一个膨胀场驱动的,后者也被称为真空能量。一旦你假定膨胀场存在,就很难避免“宇宙最初是真空”的理论。这便是暴涨理论颇具争议的点——当它开始认为多重宇宙是理所当然的。

多重宇宙理论的支持者辩论称这是暴涨理论里的下一个逻辑阶段。批评者则辩论称这并非物理学,而是形而上学,也即它并非科学因为无法对其进行测试。毕竟,物理学的存亡是由可以收集的数据以及可以被检验的预测所决定的。

而这便是约翰逊的研究起点。他和一支小型科研小组,包括同为周界理论物理研究所的路易斯·莱纳(Luis Lehner),试图将多重宇宙假说引入可测试科学的领域。“这便是这个研究项目的主旨,我们试图查明这一理论可测试的预测是什么,并努力找到它们。”值得一提的是,约翰逊调查的是我们自身的气泡宇宙与其它气泡宇宙碰撞的罕见情况。他提出了具体的步骤:“我们会模拟整个宇宙,先从只有2个气泡的多重宇宙开始,我们利用计算机模拟两个气泡宇宙碰撞以查明具体的情况,然后我们在不同位置安放虚拟的观察者,并询问这些观察者从他们的角度能看到什么。”

“模拟宇宙非常容易,”约翰逊说道。然而模拟并不能解释每个原子、每颗恒星或者每个星系——事实上,它们一个也解释不了。“我们只是从宏观的角度进行宇宙模拟。我们目前所处的阶段是,如果你有一个支持的多重宇宙模型,我们就能够用电脑模拟为你展示该模型的具体景象。”

这是计算机模拟程序的一小步,但却是多重宇宙宇宙学领域的一个巨大飞跃。通过产生这些可测试的预测,多重宇宙模型已经跨越了诱人的故事和真正科学之间的界限。事实上,约翰逊表示他们目前的研究已经能够排除某些多重宇宙模型。“如果某些模型预测了一些我们应该能够观测到的景象,但实际上我们并没有看到它们,因此我们可以排除这些模型。”

例如,一个气泡宇宙与另一个的碰撞将产生约翰逊所谓的“天空上的圆盘”——一个宇宙微波背景辐射里的圆形瘀斑。然而到目前为止对这个瘀斑的搜寻仍一无所获,这导致某些碰撞模型的可信度非常低。

与此同时,研究小组仍在努力查明气泡碰撞或可能留下的其他类型的证据。这是首次科学家们对气泡碰撞的可观察信号产生直接的定量性预测。尽管目前科学家们尚未发现一个信号,但有些仍值得继续寻找。这项研究的真正重要性在于作为一项原则的证明:它显示了多重宇宙是可以被测试的。换句话说,如果我们生活在一个气泡宇宙里

,那么我们是可以证明它的。(编译/严炎刘星)

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