第两百七十五章
相比于第一层级的宇宙,第二层“泡泡宇宙”相互之间并不相连,每一个泡泡里是一个宇宙,相互之间并无连接。
而第三级别:量子力学的多世界解释!
泰格马克将艾弗雷特原始的多宇宙理论放在了这个层级,理由是“一级和三级之间的唯一区别就是你的二重身份也就是另n个你住在哪里。在第一级,他们生活在和我们同一个宇宙的其他地方,这个宇宙所有地方的三维结构性质一样,并且相互连通。而在第三级,它们生活在无限维希尔伯特空间的另一个量子分支上。”
第四级别:终极合奏!
这是泰格马克自导自演的多宇宙终极演出!
泰格马克认为,宇宙中最基本的乃是数学的形式逻辑,一切、万事万物,甚至宇宙的终极规律都可以用数学来描述。
原来,竟然存在某一些宇宙,那里的数学都和我们不一样,在那里,一加一不一定等于二,π也不一定等于……,这样的宇宙会是一番什么样的形态?那里可以诞生生命吗?
这也难怪,一些科幻小说里面也借鉴了这一点,竟然可以改变宇宙的数学规律,对敌人进行数学打击!
毕竟宇宙的基础是数学,无独有偶,科学家格林写了一本科普著作《隐藏的现实》,其中对各种各样的多宇宙理论进行总结,他竟然整理出九种多重宇宙!
第一衍缝宇宙,和泰格马克第一层类似,无限宇宙中存在各个子空间。
第二暴胀宇宙,和泰格马克第二层类似,宇宙暴胀导致某些部分如同气泡一样出现一些新的小宇宙。
第三膜宇宙,格林是弦论发展史上的核心人物之一,按照弦论的假设,我们的整个宇宙如同一张膜,这张膜漂浮在一个更高维度的空间里。在这个高维空间里,还有其他膜,对应于其他的宇宙。每隔几万亿年,可能更久,由于引力或其他我们不了解的力的作用,膜就会相互碰撞和撞击。当它们碰撞时,产生的能量足以引发大爆炸。
按照这个理论,我们今天看到的物质和辐射是在最近一次碰撞中产生的,驱动宇宙膨胀的暗能量就对应于膜之间的作用力。也许未来由于膜之间作用力的变化,暗能量也可能驱动宇宙收缩。
看看看,膜撞了,又有宇宙要大爆炸bigbang了!
第四循环宇宙,提出宇宙常数的爱因斯坦早年曾是稳态宇宙的支持者,在哈勃发现宇宙膨胀以后,他在1930年提出一个宇宙振荡理论,认为宇宙遵循一系列永恒的振荡,每一次振荡都以大爆炸开始,不断膨胀,直到物质的万有引力使其反弹收缩并最终以大坍缩结束,之后开始下一次的大爆炸。
下一次的宇宙是我们这一次宇宙的情景再现吗?还是会产生一个各态遍历的其他形态的宇宙?
著名科幻作家宝树“狗尾续貂”的成名作《三体X》在结尾处就用到了这个循环宇宙理论,在宇宙“重启”之后,作者的乐观情绪让下一次宇宙比我们这一次更加美好,伟人没有启动红岸计划,也就没有人去宇宙广播;三体星人获得了一个美丽的世界,无需为生存问题而侵略太阳系;最终读者惊奇的发现,原来屌丝云天明就是《三体》的作者刘慈欣。
那么问题来了,究竟孰为真孰为假?难道《三体》描述的是上一次宇宙吗?
第五景观宇宙,按照弦论,需要十个维度,之所以我们看不到多余的六个维度,是因为它们蜷缩起来了。这个“隐藏”起来的六维空间叫做丘成桐卡拉比空间。
原来,我们的宇宙竟然是这番景象,在最微小的地方,竟然存在着一个又一个卡丘六维空间。每当你一挥手,你的手不仅穿过了我们熟知的三维空间,还拂过了无数个蜷缩的卡丘六维空间。
还记得“泡泡宇宙”吗?
每个泡泡都有其独特的物理定律,然而格林告诉我们,我们应该认识到,这些泡泡都是十维的,也许应该说,和我们宇宙平级的泡泡。
我们这个十维泡泡还可能发生量子隧穿,形成一个宇宙学常数更小的宇宙,新宇宙得到了额外的维度,膨胀速度更慢,也就变成了泡泡里的泡泡。这被叫做景观宇宙,相当于把第二级宇宙又变出了多个层次,我们的宇宙也只属于其中一个层次而已。
第六量子宇宙,就是艾弗雷特的多宇宙理论。
第七全息宇宙,如今,全息摄影技术已经司空见惯,在二维的照片上,可以看出三维的立体效果。
谁能想到,我们可能就生活在一个二维的宇宙中呢?
你可能觉得这太震撼了,怎么可能呢?我們已经习惯了一个三维的世界,前后、左右、高低,一切都太熟悉了。
现在你告诉我其实并没有那么多维度,你要我如何相信?
这个灵感来自对黑洞的研究,按照某些为了调和量子力学和广义相对论的新兴量子引力论,比如弦论和M理论,所有落入黑洞的物体的信息被完全包含在视界的表面波动中。
也就是说,三维的物体和视界二维球面,也许是其他形状上的信息可以一一对应,也就可以相互转换。在数学上,记录和投影可以说是等效的,这完全可行。
那么问题来了,三维和二维,究竟哪个是真实的?
我们的宇宙其实是2维宇宙的全息照片?
第八模拟宇宙,我们的宇宙其实处于一个计算机模拟的系统里,很多科幻影片里提到了这一点,比如《黑客帝国》,除此以外,“缸中之脑”这种point也可以算作这种宇宙。
我们身处一个计算机之中吗?
第九数学宇宙,和泰格马克的第四级宇宙类似。
多宇宙理论源于对量子佯谬——“薛定谔的猫”的解释,是众多对量子力学本源问题的解释之一。
而且多宇宙理论在得到明显的观测证据之前,只能称得上是一个科学猜想,并不是一个经得起考验的科学结论。多宇宙理论在最新的物理学理论发展中发挥了重要作用,因此是最受关注的科学猜想之一,我们期待着它能够启发更多物理学家,不管是作为经验还是教训,推动科学界最前沿的发展。
也许,宇宙的本源比我们的想象更加精彩!
当然这些权威们还是跟不太上,多宇宙理论在民间的接受度更高。
1995年,在一项对72名“主要宇宙学家和其他量子场理论家”进行的民意调查中,竟然有百分之五十八的人认同多宇宙理论是对的。
多宇宙理论的死忠粉泰格马克也提过,在1997年的一次量子力学研讨会上,曾经进行过一项“非常不科学”的民意调查,多宇宙理论排名第二,仅仅落后于哥本哈根解释。
谷牳/span在1998年的剑桥大学量子计算会议上,有大约200人观众接受了调查,多宇宙理论几乎和哥本哈根解释相当,仅差几票,屈居第二。
多宇宙理论也曾遭受过冷遇,2005年,滑铁卢量子计算大学研究所在一堂量子力学课程结束后,对不到40名学生和研究人员进行了一项调查,结果发现多宇宙理论是最不受欢迎的。
2011年在奥地利的一次会议上,33名参与者参与了一项民意调查,其中6人支持多宇宙理论,14人支持哥本哈根解释。
从多次投票结果来看,哥本哈根解释仍稳固的统治着量子帝国,多宇宙理论却一直试图撼动它的地位,也是最最有望的!
然而,又有谁相信,科学是由投票来决定的呢。
不知道你是否曾幻想过穿越时空?在大部分人小时候,应该都希望自己能够成为一个时间旅行者,自由地穿梭于过去和未来。
但是回到过去这件事可没有你想的那么简单,因为如果我们干预了历史,现在也会变得不同。
比如你无意间造成了一次意外,导致你的爷爷没有和你奶奶结婚,于是这个世界上就不会存在你的父亲,那么你还会存在吗?
这就是“祖父悖论”。
很显然,如果没有办法解决这个悖论,时间旅行从逻辑上就是无法成立的。
好在物理学中有一个理论能够解释“祖父悖论”,那就是——平行宇宙理论。
平行宇宙理论是怎么解释祖父悖论的呢?
平行宇宙理论认为,宇宙不是只有一个,而是无数多个。
你或许可以回到过去拆散你的爷爷奶奶,但这将导致世界分裂成两个不同的平行宇宙,在一个平行宇宙中你仍然存在,而在另一个平行宇宙中,你和你的父亲都不会存在。
我们已经从无数的科幻影视作品中领略到了平行宇宙的魅力,在电影《彗星来的那一夜》中,多个平行宇宙发生了错乱,发生了一系列匪夷所思的事情。
前几年上映的电影《蜘蛛侠:平行宇宙》中,多个平行世界中的蜘蛛侠聚集在了一起共同对抗敌人。
但是平行宇宙真的存在吗?这难道不是科幻作家们的臆想吗?
事实上,还真不是。平行宇宙不仅存在于科幻电影当中,它也是现代物理学的前沿话题,这就涉及到了量子力学。
如果我们在一面非常坚硬的金属板上凿出两条竖缝,然后用冲锋枪对着这面金属板扫射,由于子弹只能通过两条缝,其余的子弹都会被金属板挡住,所以金属板后面的墙上只会留下两条竖直的弹孔。
这很好理解,因为它符合我们的常识,子弹就是一种典型的粒子。
但还有一种粒子并不符合我们的常识,那就是微观粒子,什么是微观粒子呢?
我们身边的所有物体都是由原子组成,原子的尺寸非常小,只有一米的一百亿分之一,而原子又由原子核和电子组成,原子核的大小只有原子的十万分之一,而电子的尺寸还要小得多。
原子、原子核、电子就是微观世界的粒子。如果我们用电子这种微观粒子作为子弹,重复上面的冲锋枪实验,会发生什么?
没错,这就是物理学上著名的“电子双缝干涉实验”。
如果电子是像冲锋枪子弹一样的粒子的话,那么应该只有两条竖缝后面的墙上会留下两道竖直的电子带。
如果电子和冲锋枪子弹一样,但实际情况是,墙上留下的是有规律的很多条竖直的电子带,在没有缝的地方,电子也留下了足迹。而这是波在穿过双缝的时候才会留下的现象。
光就是一种波,如果让一束光通过硬板纸上的两条平行缝隙,我们在后面的屏幕上看到的就是很多条竖直的光带条纹。
这是因为同时通过两条缝隙的光发生了相互作用——干涉,波峰和波峰相遇的地方亮度就会增强,波峰与波谷相遇的地方亮度就会减弱,于是就出现了明暗相间的条纹。
但问题是,电子明明是一种粒子,它为什么会有波的性质?
更要命的是,在这个实验中,电子是一个一个打过去的,也就是说单个电子“同时”穿过了两条狭缝,自己和自己发生了相互作用。
这太不符合常识了,单个电子怎么可能同时穿过两条缝?
量子力学中的哥本哈根学派对此做出了解释,他们创造了一个概念:“叠加态”。
一个或者一团电子处于“叠加态”中,单个电子可以同时出现在不同的位置。
相信你一定听说过黄飞鸿的成名绝技“佛山无影脚”。
据说,练至大成的“佛山无影脚”可以在一秒钟内踢出七脚,在黄飞鸿的对手看来,黄飞鸿的脚“同时”出现在了不同的位置。
这是不是和叠加态有点类似呢?
两者的区别在于,黄飞鸿的脚是在一秒钟之内出现在不同的位置,而单个电子则是真正的同时出现在不同位置。
为了搞懂电子到底是怎么同时穿过两条狭缝的,物理学家们在竖缝前安装了一个观测装置。
但奇怪的是,一旦我们观测了电子的位置,电子枪发射的电子和冲锋枪子弹就没有什么区别了。
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而第三级别:量子力学的多世界解释!
泰格马克将艾弗雷特原始的多宇宙理论放在了这个层级,理由是“一级和三级之间的唯一区别就是你的二重身份也就是另n个你住在哪里。在第一级,他们生活在和我们同一个宇宙的其他地方,这个宇宙所有地方的三维结构性质一样,并且相互连通。而在第三级,它们生活在无限维希尔伯特空间的另一个量子分支上。”
第四级别:终极合奏!
这是泰格马克自导自演的多宇宙终极演出!
泰格马克认为,宇宙中最基本的乃是数学的形式逻辑,一切、万事万物,甚至宇宙的终极规律都可以用数学来描述。
原来,竟然存在某一些宇宙,那里的数学都和我们不一样,在那里,一加一不一定等于二,π也不一定等于……,这样的宇宙会是一番什么样的形态?那里可以诞生生命吗?
这也难怪,一些科幻小说里面也借鉴了这一点,竟然可以改变宇宙的数学规律,对敌人进行数学打击!
毕竟宇宙的基础是数学,无独有偶,科学家格林写了一本科普著作《隐藏的现实》,其中对各种各样的多宇宙理论进行总结,他竟然整理出九种多重宇宙!
第一衍缝宇宙,和泰格马克第一层类似,无限宇宙中存在各个子空间。
第二暴胀宇宙,和泰格马克第二层类似,宇宙暴胀导致某些部分如同气泡一样出现一些新的小宇宙。
第三膜宇宙,格林是弦论发展史上的核心人物之一,按照弦论的假设,我们的整个宇宙如同一张膜,这张膜漂浮在一个更高维度的空间里。在这个高维空间里,还有其他膜,对应于其他的宇宙。每隔几万亿年,可能更久,由于引力或其他我们不了解的力的作用,膜就会相互碰撞和撞击。当它们碰撞时,产生的能量足以引发大爆炸。
按照这个理论,我们今天看到的物质和辐射是在最近一次碰撞中产生的,驱动宇宙膨胀的暗能量就对应于膜之间的作用力。也许未来由于膜之间作用力的变化,暗能量也可能驱动宇宙收缩。
看看看,膜撞了,又有宇宙要大爆炸bigbang了!
第四循环宇宙,提出宇宙常数的爱因斯坦早年曾是稳态宇宙的支持者,在哈勃发现宇宙膨胀以后,他在1930年提出一个宇宙振荡理论,认为宇宙遵循一系列永恒的振荡,每一次振荡都以大爆炸开始,不断膨胀,直到物质的万有引力使其反弹收缩并最终以大坍缩结束,之后开始下一次的大爆炸。
下一次的宇宙是我们这一次宇宙的情景再现吗?还是会产生一个各态遍历的其他形态的宇宙?
著名科幻作家宝树“狗尾续貂”的成名作《三体X》在结尾处就用到了这个循环宇宙理论,在宇宙“重启”之后,作者的乐观情绪让下一次宇宙比我们这一次更加美好,伟人没有启动红岸计划,也就没有人去宇宙广播;三体星人获得了一个美丽的世界,无需为生存问题而侵略太阳系;最终读者惊奇的发现,原来屌丝云天明就是《三体》的作者刘慈欣。
那么问题来了,究竟孰为真孰为假?难道《三体》描述的是上一次宇宙吗?
第五景观宇宙,按照弦论,需要十个维度,之所以我们看不到多余的六个维度,是因为它们蜷缩起来了。这个“隐藏”起来的六维空间叫做丘成桐卡拉比空间。
原来,我们的宇宙竟然是这番景象,在最微小的地方,竟然存在着一个又一个卡丘六维空间。每当你一挥手,你的手不仅穿过了我们熟知的三维空间,还拂过了无数个蜷缩的卡丘六维空间。
还记得“泡泡宇宙”吗?
每个泡泡都有其独特的物理定律,然而格林告诉我们,我们应该认识到,这些泡泡都是十维的,也许应该说,和我们宇宙平级的泡泡。
我们这个十维泡泡还可能发生量子隧穿,形成一个宇宙学常数更小的宇宙,新宇宙得到了额外的维度,膨胀速度更慢,也就变成了泡泡里的泡泡。这被叫做景观宇宙,相当于把第二级宇宙又变出了多个层次,我们的宇宙也只属于其中一个层次而已。
第六量子宇宙,就是艾弗雷特的多宇宙理论。
第七全息宇宙,如今,全息摄影技术已经司空见惯,在二维的照片上,可以看出三维的立体效果。
谁能想到,我们可能就生活在一个二维的宇宙中呢?
你可能觉得这太震撼了,怎么可能呢?我們已经习惯了一个三维的世界,前后、左右、高低,一切都太熟悉了。
现在你告诉我其实并没有那么多维度,你要我如何相信?
这个灵感来自对黑洞的研究,按照某些为了调和量子力学和广义相对论的新兴量子引力论,比如弦论和M理论,所有落入黑洞的物体的信息被完全包含在视界的表面波动中。
也就是说,三维的物体和视界二维球面,也许是其他形状上的信息可以一一对应,也就可以相互转换。在数学上,记录和投影可以说是等效的,这完全可行。
那么问题来了,三维和二维,究竟哪个是真实的?
我们的宇宙其实是2维宇宙的全息照片?
第八模拟宇宙,我们的宇宙其实处于一个计算机模拟的系统里,很多科幻影片里提到了这一点,比如《黑客帝国》,除此以外,“缸中之脑”这种point也可以算作这种宇宙。
我们身处一个计算机之中吗?
第九数学宇宙,和泰格马克的第四级宇宙类似。
多宇宙理论源于对量子佯谬——“薛定谔的猫”的解释,是众多对量子力学本源问题的解释之一。
而且多宇宙理论在得到明显的观测证据之前,只能称得上是一个科学猜想,并不是一个经得起考验的科学结论。多宇宙理论在最新的物理学理论发展中发挥了重要作用,因此是最受关注的科学猜想之一,我们期待着它能够启发更多物理学家,不管是作为经验还是教训,推动科学界最前沿的发展。
也许,宇宙的本源比我们的想象更加精彩!
当然这些权威们还是跟不太上,多宇宙理论在民间的接受度更高。
1995年,在一项对72名“主要宇宙学家和其他量子场理论家”进行的民意调查中,竟然有百分之五十八的人认同多宇宙理论是对的。
多宇宙理论的死忠粉泰格马克也提过,在1997年的一次量子力学研讨会上,曾经进行过一项“非常不科学”的民意调查,多宇宙理论排名第二,仅仅落后于哥本哈根解释。
谷牳/span在1998年的剑桥大学量子计算会议上,有大约200人观众接受了调查,多宇宙理论几乎和哥本哈根解释相当,仅差几票,屈居第二。
多宇宙理论也曾遭受过冷遇,2005年,滑铁卢量子计算大学研究所在一堂量子力学课程结束后,对不到40名学生和研究人员进行了一项调查,结果发现多宇宙理论是最不受欢迎的。
2011年在奥地利的一次会议上,33名参与者参与了一项民意调查,其中6人支持多宇宙理论,14人支持哥本哈根解释。
从多次投票结果来看,哥本哈根解释仍稳固的统治着量子帝国,多宇宙理论却一直试图撼动它的地位,也是最最有望的!
然而,又有谁相信,科学是由投票来决定的呢。
不知道你是否曾幻想过穿越时空?在大部分人小时候,应该都希望自己能够成为一个时间旅行者,自由地穿梭于过去和未来。
但是回到过去这件事可没有你想的那么简单,因为如果我们干预了历史,现在也会变得不同。
比如你无意间造成了一次意外,导致你的爷爷没有和你奶奶结婚,于是这个世界上就不会存在你的父亲,那么你还会存在吗?
这就是“祖父悖论”。
很显然,如果没有办法解决这个悖论,时间旅行从逻辑上就是无法成立的。
好在物理学中有一个理论能够解释“祖父悖论”,那就是——平行宇宙理论。
平行宇宙理论是怎么解释祖父悖论的呢?
平行宇宙理论认为,宇宙不是只有一个,而是无数多个。
你或许可以回到过去拆散你的爷爷奶奶,但这将导致世界分裂成两个不同的平行宇宙,在一个平行宇宙中你仍然存在,而在另一个平行宇宙中,你和你的父亲都不会存在。
我们已经从无数的科幻影视作品中领略到了平行宇宙的魅力,在电影《彗星来的那一夜》中,多个平行宇宙发生了错乱,发生了一系列匪夷所思的事情。
前几年上映的电影《蜘蛛侠:平行宇宙》中,多个平行世界中的蜘蛛侠聚集在了一起共同对抗敌人。
但是平行宇宙真的存在吗?这难道不是科幻作家们的臆想吗?
事实上,还真不是。平行宇宙不仅存在于科幻电影当中,它也是现代物理学的前沿话题,这就涉及到了量子力学。
如果我们在一面非常坚硬的金属板上凿出两条竖缝,然后用冲锋枪对着这面金属板扫射,由于子弹只能通过两条缝,其余的子弹都会被金属板挡住,所以金属板后面的墙上只会留下两条竖直的弹孔。
这很好理解,因为它符合我们的常识,子弹就是一种典型的粒子。
但还有一种粒子并不符合我们的常识,那就是微观粒子,什么是微观粒子呢?
我们身边的所有物体都是由原子组成,原子的尺寸非常小,只有一米的一百亿分之一,而原子又由原子核和电子组成,原子核的大小只有原子的十万分之一,而电子的尺寸还要小得多。
原子、原子核、电子就是微观世界的粒子。如果我们用电子这种微观粒子作为子弹,重复上面的冲锋枪实验,会发生什么?
没错,这就是物理学上著名的“电子双缝干涉实验”。
如果电子是像冲锋枪子弹一样的粒子的话,那么应该只有两条竖缝后面的墙上会留下两道竖直的电子带。
如果电子和冲锋枪子弹一样,但实际情况是,墙上留下的是有规律的很多条竖直的电子带,在没有缝的地方,电子也留下了足迹。而这是波在穿过双缝的时候才会留下的现象。
光就是一种波,如果让一束光通过硬板纸上的两条平行缝隙,我们在后面的屏幕上看到的就是很多条竖直的光带条纹。
这是因为同时通过两条缝隙的光发生了相互作用——干涉,波峰和波峰相遇的地方亮度就会增强,波峰与波谷相遇的地方亮度就会减弱,于是就出现了明暗相间的条纹。
但问题是,电子明明是一种粒子,它为什么会有波的性质?
更要命的是,在这个实验中,电子是一个一个打过去的,也就是说单个电子“同时”穿过了两条狭缝,自己和自己发生了相互作用。
这太不符合常识了,单个电子怎么可能同时穿过两条缝?
量子力学中的哥本哈根学派对此做出了解释,他们创造了一个概念:“叠加态”。
一个或者一团电子处于“叠加态”中,单个电子可以同时出现在不同的位置。
相信你一定听说过黄飞鸿的成名绝技“佛山无影脚”。
据说,练至大成的“佛山无影脚”可以在一秒钟内踢出七脚,在黄飞鸿的对手看来,黄飞鸿的脚“同时”出现在了不同的位置。
这是不是和叠加态有点类似呢?
两者的区别在于,黄飞鸿的脚是在一秒钟之内出现在不同的位置,而单个电子则是真正的同时出现在不同位置。
为了搞懂电子到底是怎么同时穿过两条狭缝的,物理学家们在竖缝前安装了一个观测装置。
但奇怪的是,一旦我们观测了电子的位置,电子枪发射的电子和冲锋枪子弹就没有什么区别了。
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