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    [多元宇宙并不是科學理論,只不過是有物理動機的“形而上學”] 多元宇宙理論

    時間:2019-10-30 05:28:43來源:銀杏學習網 本文已影響 銀杏學習網手機站
    "多元宇宙并不是科學理論,只不過是有物理動機的“形而上學”

    任何人都可以提出一個理論,通常來說,這個理論的意思是“一個關于事物如何工作的想法”,但是要成為一個科學理論,你必須做更多的工作。特別是,任何新的科學理論都必須審視當前的科學框架,包括當前的領先/最佳理論和所有可用的數據,并滿足以下三個標準:

    1. 它必須再現先前存在的理論的所有成功。
    2. 它必須解釋一些新的或新穎的結果,這些結果與舊的理論相矛盾或不符合。
    3. 或許最重要的是,它需要做出新的、可測試的預測,而這些預測之前沒有經過測試,并且可以被證實、驗證或反駁。

    事實上,所有領域的科學進步都是如此,從物理學這樣的“簡單”領域到生物學這樣的“復雜”領域。

    多元宇宙并不是科學理論,只不過是有物理動機的“形而上學”

    用開普勒的日心說和橢圓軌道代替了描述地球中心論,后來又被牛頓引力所擴展。不僅解釋了行星的位置和運動,還解釋了木星的衛星、金星的相位、火星的偏心軌道,并對彗星的周期性和返回做出了新的預測。

    幾百年后,牛頓的引力本身未能預測水星的詳細軌道特性,愛因斯坦的廣義相對論不僅再現了牛頓的所有成功,而且解釋了水星的軌道異常,并通過引力源對星光的彎曲做出了預測, 可以測試。短短幾年,廣義相對論得到了證實,我們又迎來了一場全面的科學革命。

    多元宇宙并不是科學理論,只不過是有物理動機的“形而上學”

    對于那些喜歡拿自己作例子的人來說,達爾文的進化論是一個很好的例子:被遺傳學所取代,然后又被DNA的發現所取代??茖W以這種方式前進:不是通過使它面前的東西失效,而是通過擴展它來更好地描述宇宙中所有適用的現象。

    那么,多宇宙——真正的多宇宙——從何而來,它是什么?為了理解這一點,讓我們從我們關于宇宙本身的圖片開始。宇宙,我指的是可觀測的宇宙:我們能看到、測量和與之互動的一切的總和。

    多元宇宙并不是科學理論,只不過是有物理動機的“形而上學”

    我們在天空的任何地方,都看到恒星和星系聚集在一個巨大的宇宙網中。 但是,我們所看到的空間越遠,我們所看到的時間就越遠。 距離越遠的星系越年輕,因此演化越少。 它們的恒星中包含的重元素較少,隨著合并的發生減少,它們的出現會變小,螺旋形的增加和橢圓形的減少(這需要時間才能從合并中形成),依此類推。 如果我們一直前進到我們所看到的極限,我們會發現宇宙中最早的恒星,然后是一個超出該范圍的黑暗區域,唯一的光是大爆炸留下的余輝。

    但“大爆炸”(大約在138億年前發生)本身并不是宇宙空間和時間的開始,而是我們可觀測宇宙的開始。在此之前,有一個被稱為宇宙膨脹的時代,空間本身呈指數級膨脹,充滿了時空結構固有的能量。

    多元宇宙并不是科學理論,只不過是有物理動機的“形而上學”

    宇宙膨脹本身就是一個理論的例子,它產生并取代了之前的理論,因為它:

    1. 與大爆炸的所有成功相一致,涵蓋了現代宇宙學的所有領域,
    2. 解釋了一些大爆炸無法解決的問題,包括為什么宇宙各區域的溫度都是一樣的,為什么它在空間上是如此的平坦,為什么沒有像磁單極子這樣的剩余高能遺跡,
    3. 做出了六個不同的新預測,可以通過觀測進行檢驗,其中五個已經得到證實。

    然而,還有一個結果,宇宙膨脹預測我們不知道是否能證實:多元宇宙。

    多元宇宙并不是科學理論,只不過是有物理動機的“形而上學”

    你看,膨脹的運作方式是使空間以指數速度膨脹。這需要在熱爆炸之前存在的任何東西,使它比以前大很多很多。到目前為止,這很好:這解釋了我們是如何得到如此統一、浩瀚的宇宙。當膨脹結束時,宇宙充滿了物質和輻射,這就是我們所看到的大爆炸。但這就是它變得奇怪的地方。

    根據給我們足夠的膨脹來產生我們所看到的宇宙的可行機制,在我們周圍也有許多空間區域(膨脹確實結束了),膨脹不會立即結束,導致一種稱為永恒膨脹的現象。

    多元宇宙并不是科學理論,只不過是有物理動機的“形而上學”

    • 圖注:未來通脹仍在繼續的地區(藍色),以及通脹結束的地方,這會導致一場大爆炸和一個像我們這樣的宇宙(紅色x)。

    多虧了量子力學,膨脹有可能在任何時間結束在任何區域……但它也有有限的機會在任何時間不結束在任何給定區域。當膨脹結束時,我們得到一個熱大爆炸和一個宇宙,其中我們可以觀察到我們所處的宇宙的一部分,非常像我們自己的宇宙。(用上圖的紅色“x”表示。)

    但在膨脹沒有結束的地方,會產生更多的膨脹空間,這會導致一些地區會出現大爆炸,導致與我們自己的地區脫節,而其他地區則會繼續通脹。

    多元宇宙并不是科學理論,只不過是有物理動機的“形而上學”

    現在有很多我們一無所知的其他宇宙,包括:

    • 它們有和我們一樣的物理定律、粒子和基本常數嗎?
    • 它們的密度、屬性歷史與我們相似嗎?
    • 我們是不是在某種程度上與其他宇宙糾纏在一起,量子力學?

    但這引出了我們的主要問題:這是一個科學理論嗎?

    問題是,多元宇宙本身并不是一個科學理論。更確切地說,這是物理學定律的理論結果,因為它們在今天是最容易理解。這也許是這些定律必然結果:如果有一個由量子物理學支配的膨脹宇宙,這是你最終要面對的問題。但是——很像弦理論——它存在一些致命缺陷:它既不能預測我們觀察到的,也不能解釋沒有它的任何東西,也不能預測任何我們可以去尋找的確切信息。

    多元宇宙并不是科學理論,只不過是有物理動機的“形而上學”

    多元宇宙并沒有解釋我們所生活的宇宙,它解決不了我們目前存在的任何突出問題。最糟糕的是,它沒有對我們必須觀察到的東西做出具體的預測。

    那么,當我們把這一切放在一起時,那意味著什么呢?這意味著多宇宙——假設我們目前對宇宙及其歷史的畫面是有效的——這可能是真實的。除了我們所能觀察到的之外,可能還有更多的宇宙存在,而且可能還有其他的宇宙從其他大爆炸開始,永遠不會與我們自己的宇宙相互作用。

    但這也意味著它超出了可測試性的范圍,甚至在法則上也是如此。我能想到的唯一辦法是恢復膨脹狀態,將多個被拉伸到不同膨脹區域的觀察者糾纏起來,看看膨脹是否在不同時間結束,并產生不同的東西,假設當你打破量子糾纏時,你可以了解到一些東西。(我不確定你能不能。)

    多元宇宙并不是科學理論,只不過是有物理動機的“形而上學”

    這需要在大爆炸中幸存下來,記住你,所以祝你好運。除非你能,我持懷疑態度:多宇宙可能是有趣的,是物理學必然理論結果。但是,除非我們能夠對其進行科學測試,否則,它還不足以成為科學,也許我們永遠也做不到。這是一個理論猜想,一個有意義的,但它不是一個科學的理論,由于宇宙的局限性,它可能永遠不會被探測和驗證。

    那是什么?這可能是我們即將理解的新一類主題:這是我們所遇到的第一個有物理動機的“形而上學”。我們第一次認識到了宇宙的局限性,宇宙中的信息,以及這對我們了解宇宙的意義。第一次,我們了解了宇宙的極限,宇宙中的信息,以及這對我們了解它的意義。除此之外?在那之后?也許這就是形而上學的真正開始,也許這才是多元宇宙永遠存在的地方。

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