多重宇宙存在的理由,我们的宇宙并非唯一?

观察银河系外遥远的宇宙,让我们认识到我们的宇宙正在膨胀和冷却,星系之间的距离也越来越远。这个观测结果对我们来说意味着什么?如果宇宙正在膨胀和冷却,那么这意味着在过去的时刻它应该更加紧密和炙热。

这时我们就会想是什么导致了宇宙的膨胀,宇宙已经膨胀了多大,换句话说我们宇宙的膨胀速率是多少?根据广义相对论,宇宙的膨胀率是由主导宇宙的能量类型决定的。

在我们宇宙历史的大部分时间里,尽管宇宙充满了星系、恒星、行星以及我们所发现的所有物体,但宇宙的大部分时间都是由正常物质和辐射能量主导的。(这里不包括暗能量主导,暗能量这对早期的宇宙没有任何影响。)
当宇宙由物质主导时,它的膨胀方式是:

我们注意到膨胀速率H,随着时间的推移而减小。这意味着过去的宇宙更热、密度更大、膨胀速度更快。如果宇宙在过去更热,这意味着宇宙中的辐射波长更小能量更高!

所以如果我们追溯到足够远的时期,那时的宇宙更热,密度更大,在某一时刻它会热到无法形成中性原子!如果我们继续往回推,辐射的能量密度最终会超过物质的能量密度。这将导致宇宙以不同的方式膨胀!那么以辐射为主导的宇宙是如何膨胀的?

辐射为主导膨胀与物质的膨胀相似,因为在数学的计算结果只有一点不同。但是我们不能回到任意高温,或者回到奇点;宇宙微波背景告诉我们,过去宇宙的温度是有极限的。

那么,在我们所知的“大爆炸”的最初阶段发生了什么?在我们这个炙热、稠密、充满物质和辐射的宇宙出现之前是什么?

据我们现在所知,宇宙曾出现过一段暴胀时期。宇宙的暴胀把空间的褶皱拉平,使宇宙空间在任何地方都具有均匀平坦的性质,从而建立了今天我们所观察到的宇宙初始条件。
这时宇宙由真空能量主导,而不是由物质或辐射能量主导。当宇宙被真空能量所掌控时,它的膨胀过程将看起来非常不同。让我们来看一看……

注意这时宇宙的膨胀率不会随着时间的推移而下降!这意味着宇宙的膨胀是呈指数暴增的,在很短的时间内,它不仅可以膨胀到我们人类所能理解的范围之外,还可以膨胀到到比整个可见宇宙大几倍的范围!
现在,你可能想知道我们无法观测的宇宙有多大。可以这么说,宇宙中超过460亿光年的部分,我们根本看不见星体发出的光。
那么是什么决定了宇宙暴胀的程度呢?让我们来看看暴胀的标准模型。

这里的y轴代表能量。也是空间固有的真空能量。很明显,现在我们太空中的真空能量非常小:比我们想象的宇宙暴胀时期要少28个数量级!
如果我们想让宇宙膨胀的足够大,以解释我们今天所观察到的平坦和大致均匀的宇宙,那么宇宙就需要在足够长的时间内保持暴胀状态。上图中,意味着我们需要从这条曲线的平坦部分开始。

只要沿着这条曲线慢慢的滑动,我们就会得到足够时间的暴胀来产生我们现在观测到的宇宙(主要性质:平坦和均匀)。
最终能量曲线会进入谷底,这时,真空能量被转化为物质和辐射。这个过程发生在138亿年前。导致宇宙暴胀的本质很可能是量子场或量子涨落。

如果真空能量是一个量子粒子,那么它的波函数会随着时间扩散,自由地占据任意的叠加状态。这如何应用于上面的暴胀理论呢?当我们让它随着时间扩散,我们会得到什么?

上图我们得到这个量子场的一部分,如果它滚动得够慢,量子场实际上会从它开始的地方向后扩散,直到其他区域继续开始膨胀的状态!还记得我们上面展示的经典暴涨图吗?

在这幅图中,暴胀发生了一段时间,然后在所有地方同时结束。
但是如果我们允许暴胀状态成为一个量子场,我们必须计算它的扩散的速度,暴胀的速度,它滚下山的速度。如果它滚动的速度太快,或者膨胀的速度太慢,它就没有足够的时间在宇宙的足够区域内扩散。但是如果它滚动得足够慢,膨胀得足够快,扩散得足够快,会发生什么呢?
我们将从最初暴胀区域开始,用蓝色表示膨胀区域。如果曲线接近谷底的地方,暴胀就会结束,我们可以用红色的x来标记它。但是如果时空区域继续暴胀,我们会让时空区域保持蓝色,由于量子场的扩散会导致更多的空间暴胀。(下图)

虽然单个区域的暴胀将在任何给定的时间结束,但足够多的量子场决定了它的行为将会经历量子“扩散”,让整个空间回到稳定的指数膨胀状态,因此膨胀将持续一段时间。
换句话说,宇宙中有一些区域曾经暴胀过,那些假真空能量变成了辐射和物质,而宇宙的这些部分和我们自己区域有着非常相似的历史。但是在这些区域之间,还有其他的部分继续膨胀。
这就是为什么存在多元宇宙,而不仅仅存在我们的宇宙!

现在,我们再说一个保守的估计。在这个故事的版本中,多元宇宙的所有不同区域的基本常数是相同的,而其他宇宙和我们自己的宇宙有着相同的物理定律,具有相同的量子真空。

以上的观点——多重虚假真空、多元宇宙、与量子引力的联系等等——是近年来人们依据弦理论的推测得到的。但是这些观点被大多数科学家所认可。
大家都在看
-
探索宇宙的奥秘:浩瀚星空藏无尽未知 本文由AI创作 抬头仰望深夜星空,漫天星辰静谧闪烁,浩瀚苍穹无边无际。渺小的我们望着这片深邃夜空,总会心生疑惑:宇宙从何处诞生,到底有多大?星河之中是否存在其他生命?无数神秘谜题,深深吸引人类不断探索追 ... 宇宙探索05-10
-
宇宙探索·暗能量之谜:推动宇宙加速膨胀的隐形力量 宇宙探索·暗能量之谜:推动宇宙加速膨胀的隐形力量一个令整个物理学界困惑的发现1998年,两个独立研究团队在观测遥远的Ia型超新星时,发现了一个令所有人震惊的事实:宇宙的膨胀速度不仅没有因为引力而减缓,反而在 ... 宇宙探索05-10
-
科学家发现“太空捷径”,探索新宇宙! 科学家意外发现"太空捷径"。星辰视频。往返火星仅需五个月,科学家意外发现"太空捷径"或颠覆传统认知。一项发表于《宇航学报》的研究揭示,通过分析近地小行星2001CA21的早期轨道数据,科学家意外找 ... 宇宙探索05-09
-
宇宙探索·星系演化:宇宙岛的百亿年传奇 星系演化:宇宙岛的百亿年传奇当你在晴朗的夜晚仰望星空,用望远镜指向仙女座方向,你会看到一团模糊的光斑——那是距离我们254万光年的仙女座星系(M31)。它和我们的银河系一样,是一个由数千亿颗恒星组成的巨大&# ... 宇宙探索05-09
-
宇宙探索·行星状星云:垂死恒星的华丽谢幕 宇宙探索·行星状星云:垂死恒星的华丽谢幕它的名字是一个美丽的历史误会。18世纪的威廉·赫歇尔用望远镜观察时,觉得这些天体圆润而朦胧,酷似他刚发现的天王星(当时称为"行星")。于是他将其命名为" ... 宇宙探索05-07
-
宇宙探索·回旋加速辐射:宇宙中的天然粒子加速器 宇宙探索·回旋加速辐射:宇宙中的天然粒子加速器当你在地球上用粒子加速器把质子加速到接近光速,需要建造长达几十公里的巨型装置。而在宇宙中,天然的"粒子加速器"遍布各处——从脉冲星的磁层到星系中心的 ... 宇宙探索05-07
-
宇宙探索·暗流宇宙:宇宙深处的神秘漂移 宇宙探索·暗流宇宙:宇宙深处的神秘漂移2008年,一组天文学家在分析WMAP卫星的宇宙微波背景辐射(CMB)数据时,发现了一个令人不安的现象:成群的星系团似乎正在以惊人的速度——每秒约1000公里——朝宇宙中同一个 ... 宇宙探索05-07
-
人类为什么要探索宇宙? 你有没有想过一个细思极恐的问题:我们用詹姆斯・韦伯望远镜能看到 135 亿光年外的星系,能拍到黑洞的照片,能把探测器送到火星和冥王星。但我们,永远也飞不出太阳系。这不是科幻小说里的悲观预言,而是基于现有物 ... 宇宙探索05-04
-
探索宇宙秘境:我国正式启动地外生命探寻工程 探索宇宙秘境:我国正式启动地外生命探寻工程2024年10月,我国发布《国家空间科学中长期发展规划(2024—2050年)》,明确将“地外生命探寻”列为核心任务,正式开启迈向宇宙深处、寻找生命踪迹的科学征程 。这是我 ... 宇宙探索04-30
-
4.2万亿个粒子构建数字虚拟宇宙 “千衍”助力天文探索 今天(23日),中国科学院国家天文台发布宇宙学模拟项目“千衍”。由中国科学家领衔的国际团队成功在超级计算机中构建出一个数字虚拟宇宙,为人类探索宇宙奥秘、研究宇宙的演化历史提供了强大的数字工具。中国科学家 ... 宇宙探索04-25
相关文章
- 4.2万亿个粒子构建数字虚拟宇宙 “千衍”助力天文探索
- 探索宇宙的意义和价值是什么
- 抬头!看!中国人探索宇宙的脚步从未停止!
- 从"太空竞赛"到"精打细算"!冷战之后为何不再疯狂探索宇宙?
- 东西方智慧终极交汇:熵即是阴阳,坤0为首探索宇宙本源
- 美UFO纪录片导演:当下正处于探索外星文明转折点,“宇宙中人类并不孤单”
- 宇宙探索·中子星:宇宙最极端的天体
- 男人独自探索宇宙竟碰到了巨大的外星生物
- 人类探索宇宙的意义何在
- 数据时代正在重新定义科研:本科生如何借助工具发现宇宙新事物?
- 人类为什么要探索宇宙
- 《宇宙探索编辑部》:科幻外壳下的教育隐喻
- 航天科技如何推动人类探索宇宙
- 全球首个地月太空港口落地中国!钱学森百年构想,成深空探索枢纽
- 别再说太空探索是烧钱!中国这波基建,直接把宇宙当工地
- 沉浸在书中的宇宙,探索无尽的星空!📖✨
- 中国第二阶梯
- 刘慈欣科幻漫画宇宙探索中心本周六开放,早鸟票已开售
- 刘慈欣科幻漫画宇宙探索中心落户通州,本周六迎客
- 提前探访,先睹为快!刘慈欣科幻漫画宇宙探索中心落户通州
热门阅读
-
预言2030年太阳将休眠,恐怖的千年极寒将来临 07-11
-
中国十大元帅之死,多高寿而善终(林彪叛逃而死) 07-11
-
因果报应真实事例,做尽坏事必遭天谴 07-11
-
这6个神奇天体有很酷的名字 06-01
-
全球人口减少可能带来的六大教训和好处 07-18
-
离太阳最近的十大恒星排名,宇宙最大十大星球 04-12
精选文章
- 创生之柱是什么?(创生之柱给予了许多恒星生命)
- 中国51区秘密基地,窃密必被抓(抓住就杀头)
- 2025年宇宙探索大爆发!月全食、火星冲日等,这些天文奇观别错过
- 中国“天宫”空间站将在2022年前后建成 呈T字型有三个舱段最多可驻留6人 ...
- 黑龙江50万年死火山苏醒, 内含15%电量的巨大岩浆囊
- 中国古代四大凶兽,四大神兽vs四大凶兽谁更强
- 新冠病患康复后,可能“精子减少或无精”
- 误会一辈子!破伤风其实是一种细菌跟生锈铁完全没关系
- 美国同步空间态势感知项目(GSSAP)军事间谍卫星多次秘密靠近俄罗斯和中国的航天器 ...
- 中国长征五号B遥一运载火箭全貌曝光 本月底在海南文昌航天发射场进行首次发射 ...
