宇宙平行微波

宇宙到底有多大？多重宇宙又是怎样的景象？

宇宙它真的很大，大到我们不知道它有多大。...

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【第056期】= Astronomy

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猫爪课堂

宇宙它真的很大，大到我们不知道它有多大。
—— 猫爪工作室

如果对别人讲起天文知识，在交谈中，大都会问起宇宙到底有多大，这是因为我们对生活中所看到的物体都会有一个大小的描述，比如说：同事新买的房子有多少平米；许久未见的小侄女已经不能享有半票的优惠了；还有我家的那条狗真的有四米大......抽象的物体都会用尺寸、颜色等等这样的物理属性加以具象化，紧接着脑海中便会勾勒出这件物体的形象。但是对于宇宙，这个超出我们所认知的一切物体，似乎人类的脑容量很难装下它一样。

图 / 仰望星空时你会思考宇宙有多大吗

而要一本正经的去谈这个问题，我们会说出广袤无垠、了无边际、浩瀚、包罗万象等这样的词语去描述，却很难将片段的词语组织起来，去完整的定义。我想这也是宇宙之所以如此变幻莫测与迷人的原因了。

下面我们就通过一条模拟宇宙中我们熟知的一些天体的尺寸以及逃离地球寻找宇宙边界回头望去的景象变换的短片，从视觉上去探寻这个问题的答案。（注：短片的背景音乐就是本期的推荐音乐Alpha。）

视频 / 看了这个视频你就知道宇宙有多大了！

在视频的最后，我们看到了宇宙微波背景辐射之外，逃离宇宙后看到的又是数以亿计的宇宙泡泡，会有人说，哦，那就是平行宇宙，在另一个泡泡中应该还有一个一模一样的我，他肯定同自己一样正在下班的路上思考着今天晚上要吃什么。如果真的是这样，这些泡泡就像是无数个镜子一样，映射着这个宇宙的一切。亦或是另一个宇宙之中的自己，已经成为了你现在早出晚归奋斗的目标。可平行宇宙真的就是这样的吗？我们也来了解下这个不断大开的脑洞吧。

关于平行宇宙的脑洞并非醉酒之言，而是科学家根据已有的宇宙理论再加上观测到的事实进行解释推理的结果，是大胆且合理的猜想，需要去不断的完善和验证。这其实也是科学探索的重要方法，在面对困窘与未知的时候，当年的日心学说其实也经历的是相同的过程。

图 / 维基百科中关于多重宇宙的解释

既然是猜想，就不会只有一种，即使有些理论本身就是建立在已有理论的基础上。在维基百科中对于Multiverse（多重宇宙，即平行宇宙）这个词条的解释中，将多重宇宙分成了多达9种类型，这种分类方法在Brian Greene的书籍《隐藏的现实——平行宇宙是什么》中有详细介绍，感兴趣的可以详细了解。在这里我们来说说三种被大部分人所理解和所接受的平行宇宙类型。

图 / 《隐藏的现实——平行宇宙是什么》

我们现在认知的宇宙来源于一次大爆炸，当然这仅仅是对我们所观测的宇宙做出的解释，其证据就是那张3k宇宙微波背景图。宇宙大爆炸之后到今天经历的137亿年的历程再加上光速的限制，导致我们在理想条件下并不能看到无穷远处的物体。考虑到宇宙的膨胀，我们人类能够看到的最远距离也就只有410亿光年，以地球为中心，410亿光年为半径画球，这个球面就是我们的宇宙视界。也就是说超过这个距离之外的物体，地球上的人类费劲洪荒之力也是无能为力的。那410亿光年之外的宇宙空间有什么呢？好吧，可以告诉你全凭想象，这其实也是多重宇宙的来源，源于人们对宇宙视界之外的空间的好奇。

图 / 宇宙微波背景辐射

科学家在对宇宙微波辐射背景的探测结果进行分析时，也在开始完善大爆炸理论，在对大爆炸之初的状态的研究中，为了回答微波背景辐射在宇宙尺度上的异常均匀，提出了宇宙暴涨理论。但又有问题紧接着出现，是什么让宇宙大爆炸之初的暴涨减缓下来呢？后来又提出了永恒暴涨理论，内容是暴涨宇宙永远不会停止，暴涨停止的地方，仅仅是我们所在的这一小块区域而已。这就像是做面包时起面的过程一样，面包中会不断的产生气泡，而每一个气泡就是新生的一个宇宙，气泡出现后就会减缓膨胀。这时再考虑到构成宇宙的基本粒子并不是无限的，所以排列组合后就会有相同的宇宙出现，那么就不难理解另一个宇宙中出现相同的另一个自己了。

图 / 每一个气泡就是一个宇宙

再来说说研究微观世界的量子物理，最有名的两个实验就是干涉实验和著名的思想实验薛定谔的猫。科学家在对电子干涉实验中发现，单独发射电子通过双缝干涉也会形成干涉条纹，这可搞疯了科学家，后来的解释是单独的电子同时通过了两条狭缝，但是当科学家试图去监测电子是否同时经过两条缝时，干涉条纹就消失了。这样的结果足以让科学家再疯一次，但就是这样意想不到的结果才会促使人们找到真理，后来科学家提出测量会让电子概率波在狭缝处坍缩，电子的量子叠加态也会变成一种，电子将会随机选择一个狭缝通过（这里做简短描述，感兴趣可以详细了解）。薛定谔对此解释觉得很荒谬，于是就设计了具有毒气开关箱子的猫的实验。对于微观粒子的研究促使了量子平行宇宙的出现，电子在通过双缝时，会被分裂成两个平行宇宙，在一个宇宙中通过左缝，那么对应的就会在另外一个宇宙经过右缝，我们只是被随机的分配到一个宇宙中而已，而且两个宇宙会有微弱的联系，这也就是解释了干涉条纹出现。量子平行宇宙就是这样诞生的。

图 / 关于薛定谔的猫的思想实验形象解释

还有就是与弦理论有关的平行宇宙理论，弦理论认为构成基本粒子并非我们认知的像电子、光子等是点状，而是线状的弦。它的尺度很小，弦的不同的振动频率及方式决定了粒子的类型。当然弦理论要属实，就会将问题指向多重宇宙，弦理论的前提是存在额外的空间维度，弦需要在高维的空间维度中振动。而因为这些额外维度的卷曲空间太小，我们不能够观测到，不同的卷曲空间决定了弦的振动方式。也就是说，决定宇宙的情形是由于不同的卷曲空间，目前科学家认为会有10的500次方的卷曲空间存在，这意味着会有数不清的不同的宇宙出现，这也就是解释了多重宇宙的存在。