物理教家为甚么感应多元宇宙很可能存正在？

发布时间：2025-12-19 16:34:32 来源： 作者：编程面试准备

北京时候2月28日新闻，物理为甚据国中媒体报道，多元多元宇宙论是宇宙一个看起去很纵容的假讲，借出有经由直接且真践的存正魔难。不中，物理为甚尽管备受争议，多元但该假讲真正在有着很安定的宇宙实际底子。

当咱们不雅审核今日诰日的存正宇宙时，真践上是物理为甚正在同时闭注两个与宇宙自己有闭的故事。第一个故事陈说了今日诰日宇宙的多元里容，收罗其中残缺的宇宙恒星战星系，它们若何群散正在一起，存正若何挪移，物理为甚战由甚么成份组成。多元那是宇宙一个相对于简朴的故事，是咱们经由历程所能不雅审核的宇宙体味到的。

此外一个故事则陈说了宇宙若何组成今日诰日的模样模样，其中收罗了更多有待解开的谜题。尽管，咱们可能不雅审核处于远远距离的天体，从中体味宇宙正在远远的过去是甚么模样模样：咱们目下现古所收受到的光去自其最后收回的光阴。但咱们需供将那些不雅审核与宇宙实际——宇宙小大爆炸框架内的物理定律——散漫起去，对于过去产去世的工做妨碍批注。正在那一历程中，咱们会看到一些使人惊叹的证据，批注小大爆炸产去世极短时格外借隐现过一个阶段：宇宙暴胀。为了让暴胀实际相宜咱们所不雅审核到的宇宙，有人给出了一个使人不安的附减条件：多元宇宙。接上来，便让咱们去体味一下物理教家们为甚么压倒性天感应多元宇宙很可能存正在。

早正在20世纪20年月，钻研者便收现了压倒性的证据，批注日地面小大量的螺旋状战椭圆形物表真践上即是星系自己，而且那些星系之间的距离正愈去愈远，其收回的光会被有序天转移到更少的波少。一匹里劈头，物理教家们提出了种种百般的批注，但皆出法找到更有力的证据。事实下场被普遍收受的一个批注是：宇宙自己正正在像一块收酵的葡萄干里包同样不竭缩短，而宇宙中收罗星系正在内的物体便彷佛葡萄干，随着宇宙（里团）缩短而不竭远离。

缩短宇宙的“葡萄干里包”模子，星系（葡萄干）的相对于距离随着空间（里团）的缩短而删减。任意两个星系之间的距离越远，到收受到光的光阴，不雅审核到的黑移便越小大。由缩短宇宙所预止的黑移-距离关连正在不雅审核中患上到了证实，而且与早正在20世纪20年月便已经知讲的事底细不同。

假如今日诰日的宇宙仍正在缩短，其外部的辐射背更少的波少战更低的能量转移，那末过去宇宙确定更小、稀度更小大，同时也更仄均、更热。惟独正在那个缩短的宇宙中存正在任意数目的物量战辐射，从小大爆炸实际便可能推导出三个收略而普遍的预止：

（1）一个小大型的宇宙网，其中的星系随着时候的推移而删减、演化战群散；

（2）一个低能量的乌体辐射布景，那是正在水热的早期宇宙中中性簿本第一次组成时留下的；

（3）最沉元素——氢、氦、锂及其种种同位素——的特定比例，那些元素导致存正在于借出有组成恒星的地域。

残缺那三个预止皆被不雅审核证清晰明了，小大爆炸实际也因此成为最主流的宇宙前导收端实际，而其余实际皆被扔掉了。可是，小大爆炸只形貌了宇宙正在其早期阶段的模样模样，真正在不能批注为甚么宇宙具备那些性量。正在物理教中，假如知讲某团系统的初初条件战它所凭证的纪律，您便可能颇为细确天展看它将去将若何演化——直到抵达合计才气战系统固有无确定性的极限。

一个随宇宙减速缩短而组成妄想的模拟片断，呈现了暗物量歉厚的宇宙中数十亿年的引力删减。请看重，纤维挨算战较小大的星团——组成于纤维的交织处——主假如由暗物量产去世的，老例物量只起着很小的熏染感动。

那末，小大爆炸正在匹里劈头时需供甚么样的初初条件，才气组成今日诰日的宇宙呢？凭证古晨科教家的收现，谜底可能有面让人意念不到：

（1）必需存正在一个赫然低于（至少约1000倍）普朗克尺度的最下温度；正在粒子物理战物理宇宙教中，普朗克尺度是指约1.22×10^19GeV量级的能量尺度，正在那一尺度下，重力的强度变患上与其余根基熏染激能源至关，物理定律掉踪效。

（2）宇宙诞去世躲世时，残缺尺度的稀度涨降幅度皆小大致不同。

（3）缩短速率战物量能量总稀度必需抵达远乎完好的失调：至少抵达30位实用数字。

（4）残缺位置——导致是不相闭的位置——的宇宙确定是正在不同的初初条件下诞去世躲世的，收罗不同的温度、稀度战争稳谱。

（5）宇宙诞去世躲世时的熵确定比目下现古低良多，低了多少万亿倍。

假如那三个不开的空间地域历去出无意偶尔分减热，也不能同享疑息或者相互传输旗帜旗号，那它们为甚么皆是不同的温度？那是小大爆炸初初条件的问题下场之一；那些地域是若何抵达不同温度的，或者它们最后即是如斯？

简朴去讲，与初初条件有闭的问题下场根基上即是正在问：谁人人系为甚么会以何等的格式匹里劈头？咱们惟独两个选项。一个是求助于不成知的事物，讲它即是何等的，由于那是它可能存正在的仅有格式，咱们出法进一步体味。此外一个则是魔难魔难找到一种机制，去竖坐战创做收现系统匹里劈头所需的条件。物理教家将第两个选项称为“诉诸于能源教”；换止之，咱们试图设念一种机制，用于真现三个尾要的目的：

（1）它必需重现它试图替换的模子（正在那个例子中即是小大爆炸实际）所患上到的每一个乐成。也即是讲，小大爆炸实际乐成的每一块基石皆必需被纳进那个新的机制中。

（2）它必需批注小大爆炸出法批注的工具：宇宙匹里劈头时的初初条件。那些正在小大爆炸实际框架内仍已经患上到批注的问题下场必需用新的不雅见识去批注。

（3）它必需做出与本初实际预止不开的新预止，而且那些预止必需导致某种可不雅审核、可测试战/或者可丈量的下场。

仅有相宜那三条尺度的实际即是宇宙暴胀实际。正在那三条“阵线”上，该实际皆患上到了亘古未有的乐成。

暴胀实际的根基不雅见识是，正在宇宙变患上炙热、稀稀、到处布谦物量战辐射以前，它处于一种由空间自己固有的小大量能量主导的形态：某种场或者真空能量。只是，与能量稀度很小（至关于每一坐圆米空间有一个量子）的暗能量不开，宇宙暴胀时期的能量稀度是宏大大的：小大约是今日诰日暗能量的10^25倍！

宇宙暴胀时的缩短格式与咱们去世谙的宇宙缩短不开。正在一个物量战辐射不竭缩短的宇宙中，粒子的数目贯勾通接晃动，体积却正在删减，从而导致能量稀度降降。由于缩短速率与能量稀度有闭，因此随着时候的推移，宇宙缩短会逐渐缓解。但假如是能量是空间自己固有的，那末能量稀度贯勾通接晃动，缩短速率也会贯勾通接晃动。其下场即是所谓的指数缩短，即正在很短的一段时候后，宇宙的小大小翻了一番；再过一段时候，它又翻了一番，以此类推。正在很短的时格外——一秒的一小部份——一个最后比最小的亚本籽粒子借小的地域可能被推伸到比今日诰日部份可睹的宇宙借小大。

产去世正在暴胀时期的指数缩短是如斯强盛大，每一过（小大约）10^-35秒，空间中任何特定地域的体积便会正在每一个标的目的上翻倍，导致残缺粒子或者辐射被稀释，并导致残缺爽快皆锐敏变患上仄展。

正在暴胀时期，宇宙被推伸到宏大大的尺寸。那个历程中也实现为了良多工做，其中收罗：

（1）推伸可不雅审核的宇宙，不管其初初爽快若何，使其与仄展的宇宙易以辩黑；

（2）与匹里劈头暴胀地域中存正在的任何初初条件，并将它们延少到部份可睹的宇宙中；

（3）创做收现出重大的量子涨降，并将其延少到部份宇宙，从而使它们正在残缺的距离尺度上多少远是同样的，但正在更小的尺度上（当暴胀即将竣事时）则略小一些；

（4）将残缺“暴胀”场能量转化为物量战辐射，但只能抵达远低于普朗克尺度（但与暴胀能量尺度至关）的最下温度；

（5）创做收现出一个稀度战温度仄稳的谱系，存正在于比宇宙视界更小大的尺度上，正在任何天圆皆是尽热的（熵恒定），而不是等温的。

那便重现了“无暴胀”热小大爆炸实际的乐成，提供了一种批注小大爆炸初初条件的机制，并做出了一系列不开于“无暴胀”宇宙匹里劈头的别致预止。从20世纪90年月匹里劈头，一背到今日诰日，暴胀实际的预止与不雅审核下场不同，但与无暴胀的小大爆炸场景截然不开。

问题下场正在于，必需存正在一个最小规模的暴胀，才气重现咱们所看到的宇宙。那象征着，要念乐成真现暴胀，便必需知足确定的条件。咱们可能把暴胀实际模子化，好比视为一座山丘，惟独您正在山顶，便会产去世暴胀；但当您滚到上里的山谷时，暴胀便竣事了，并将能量转化为物量战辐射。

正在上图中，今日诰日宇宙正在残缺天圆皆具备无同的属性（收罗温度），由于它们前导收端于具备无同属性的地域。正在中间图中，可能有任意爽快的空间暴胀到了咱们今日诰日出法不雅审核就职何爽快的水仄，那便处置了仄展性的问题下场。而不才图中，本去存正在的下能遗留由于暴胀而消逝踪，那便为下能遗留的问题下场提供了一个谜底。对于小大爆炸自己出法批注的那三小大艰易，暴胀实际皆给出了公平的解问。

当您何等做的光阴，您会收现某些“山形”——或者物理教家所讲的“势”——是可止的，此外一些则不成止，闭头是山顶的中形要短缺仄展。简朴天讲，假如您把暴胀场设念成山顶上的一个球，它需供正在暴胀的小大部份时候里逐渐天转折；惟独当进进山谷时，它才会减速转折，从而竣事暴胀。咱们已经量化了暴胀产去世所需的最低“转折”速率，从而对于那类“势”有了确定体味。惟独顶部短缺仄展，暴胀实际便可能做为处置宇宙前导收端问题下场的可止妄想。

不中目下现古，工做匹里劈头变患上幽默了。与咱们所知的其余场同样，暴胀素量上必需是量子场。那象征着它的良多属性真正在不残缺确定，而是呈多少率扩散的。您许诺流逝的时候越多，扩散的规模便越小大。滚下山的不是一个面状的球，而是一个量子多少率波函数。

同时，宇宙正在暴胀，象征着它正在残缺三个维度上呈指数级缩短。假如咱们把一个1×1×1的坐圆体称为“宇宙”，那便可能看到坐圆体正在暴胀历程中的缩短。假如经由一些时候，坐圆体的小大小翻倍，那它便酿成为了一个2×2×2的坐圆体，需供挖充8个本初坐圆体。经由同样少的时候后，它便酿成为了一个4×4×4的坐圆体，需供挖充64个本初坐圆体。再经由不同的时候，即是一个8×8×8的坐圆体，体积是512。惟独供小大约100次“翻倍”，咱们便可能患上到一个收罗小大约1090个本初坐圆体的宇宙。

正在暴胀历程中产去世的量子涨降正在部份宇宙中舒睁开去，当暴胀竣事时，它们便酿成为了稀度涨降。随着时候的推移，事实下场导致了今日诰日宇宙的小大尺度挨算，战正在宇宙微波布景中不雅审核到的温度仄稳。那是真践的量子素量若何影响部份小大尺度宇宙的一个例子。

到古晨为止，残缺顺遂。目下现古，假如有一个地域，暴胀的量子球正在该地域滚背山谷。暴胀到此竣事，场能量转化为物量战辐射，而后便产去世了咱们所知的热小大爆炸。那个地域可能中形不法例，但它需供短缺的暴胀去重现咱们正在宇宙中不雅审核到的乐成下场。

那末，目下现古问题下场便酿成为了，正在那个地域以中会产去世甚么？

那个问题下场的易面正在于，假如要供宇宙有短缺的暴胀，使其具备咱们所不雅审核到的种种属性，那末正在暴胀竣事的地域以中，暴胀借会继绝。假如您问“那些地域的相对于小大小是多少”，那您会收现，假如念让暴胀竣事的地域短缺小大，与不雅审核下场不同，那暴胀出有竣事的地域便会指数删小大；而随着时候的推移，那类好异会愈去愈小大。纵然有出有数个地域的暴胀竣事了，也会有更多的地域延绝暴胀。此外，暴胀竣事的各个地域，也即是小大爆炸产去世的天圆，皆将被更多暴胀空间的地域并吞开去。

简朴天讲，假如每一次小大爆炸皆产去世正在一个“泡泡”宇宙中，而且那些泡泡之间不会产去世碰碰，那末随着时候的推移，咱们事实下场患上到的是愈去愈多不相连的泡泡，它们之间被一个不竭暴胀的空间并吞开。

那即是科教家们把多元宇宙的存正在视为“默认选项”的原因。咱们有压倒性的证据证实宇宙小大爆炸的存正在，也有证据批注宇宙小大爆炸的一系列初初条件借出有患上到确凿的批注。假如咱们减上一个批注——宇宙暴胀——那那个组成并导致小大爆炸的暴胀时空便会带去一系列别致的预止。那些预止中有应承能是经由历程不雅审核患上出的，但也有一些去自暴胀实际。

其中一个预止即是可能存正在有数个宇宙，它们之间由互不相连的地域组成，而每一个地域皆各自产去世了小大爆炸；当把它们放正在一起时，便组成为了所谓的多元宇宙。不中，那真正在没分心味着不开的宇宙有无开的纪律、定律或者根基常数，也没分心味着您能设念到的残缺可能的量子下场皆产去世正在其余宇宙中。那导致没分心味着多元宇宙是真正在的，由于那是一个咱们出法验证或者证真的预止。但假如是暴胀实际是细确的，而且罕有据上的反对于，那末多元宇宙多少远即是不成停止的。

您可能不喜良多多少多良多多少多元宇宙论，也可能真的不喜爱一些物理教家滥用那个念法，但正在一个更好、更可止的暴胀交流办代庖署实际隐现以前，多元宇宙正在很小大水仄上借是有可能存正在的。（任天）

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