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真的有很多个宇宙吗?科学家为你解读多重宇宙,一起来探索吧

来源:网络 编辑:小彩 更新:2026-10-11

你是特别的吗?是毫无疑问的独一无二的个体吗?从某些方面来看,你是,但从另一些角度看事实可能并非如此!

世界上要找到一个个体,构成它的粒子组合跟构成你的粒子组合一模一样,似乎是不可能的。

但是根据某些现实的模型,这或许是可能的,因为地球也许不是唯一的,甚至宇宙或许也不是唯一的。

这是一个容易冲昏头脑的研究课题,但今天的科学比任何时候都接近于了解真相。

今天我们要回答一个奇妙的问题: 科学家是否已经证明了多重宇宙是真实存在的?你想知道这个问题的答案吗?你会常常感到好奇吗?

多重宇宙,通常被也称为平行宇宙理论,有着极其深远的影响。

这个概念已经席卷好莱坞和科幻文学,并作为其中非常重要的情节和叙事转折点。

从更大的角度说,在现实世界中,这个理论认为有无数个宇宙与我们所在的宇宙并存,而我们甚至无法意识到这一点。

这些宇宙可能与我们所处的宇宙截然不同,但也可能与我们的宇宙极其相似。

或许有一个宇宙与我们的宇宙的唯一差别只是你养了一只猫而不熟一条狗;

但也有可能在某些宇宙中地球没有进化出人类,而是有完全不同的生命体占据着这个行星。

从崇高到荒诞,如果这个理论是正确的,现实的可能性将会无限多样化,而且所有的可能性都是现实。

从多重宇宙理论能发展出许多奇妙的世界观,其中之一就是如果平行宇宙的数量足够多,那可能意味着在我们的虚拟世界(从《七大王朝》到《中土大陆》)中发生的事情都真实地发生在平行宇宙的现实里。

但这个内容我们将在另外一个视频里详述。

在更广意义上,证明多重宇宙远比单纯想象它困难得多。

甚至从一开始,一部分科学家就认为这个概念称不上是“真正意义上的科学”,因为没有人能证明多重宇宙的理论是错误的ー即无法被证伪。

与此同时,也有很多人接受这一理论并为其辩解,并不是所有人都其中一定出现了错误。

物理学家Sean Carroll指出,科学上的错误应当牵一发而动全身,发现伪科学应当一并移除所有与其关联的理论,不能证明一个理论是错误的亦不代表它是正确的。

除此之外,多元宇宙观念在科学界根深蒂固,它更是牵连了宇宙膨胀、量子力学及宇宙大爆炸等观点。

举个简单的例子,在量子力学中,我们用原子波函数构建了无穷无尽的宇宙,即多元宇宙观。

我们活在一个宇宙中,外太空却有着千千万万看不到的宇宙,又有谁能到遥远的另一个宇宙去获取物理上的证据证明多元宇宙的存在呢?证据远在天边,实则近在眼前。

科学家们在我们生活的现实中察觉到一系列的问题,这些问题的存在恰恰支撑了其他宇宙的存在。

一些关于平行宇宙的初步证据来自宇宙中神秘的冷斑,冷斑的存在暗示了我们看不到的地方,还存在着另外的宇宙。

在宇宙微波背景辐射(CMB)里有着神秘的冷斑,其中蕴含着关于平行宇宙的证据。

宇宙微波背景辐射是宇宙中最早存在的光,实际上,它是宇宙大爆炸后残存的辐射。

因此,宇宙微波背景辐射为我们提供了关于宇宙起源的航图。

然而,学习这一辐射存在一个问题。

几十年来,研究人员们猜想宇宙为均匀的,即宇宙在结构上至始至终是平衡且变化不大的。

冷斑这一发现让打破了研究者的猜想。

冷斑的温度比其周围低上好几倍,同时冷斑的周围围绕着炽热的外环。

或许冷斑的存在是宇宙的“漏洞”。

一些科学家更是把冷斑的存在称作宇宙遗留的伤疤。

假若我们把宇宙看作是一个浴缸里的独立的大泡泡,这些科学家们的伤疤理论也不是不无道理。

显然这一大泡泡受推力会向上飘,这一宇宙受到另一宇宙的碰撞亦会弹开。

此情此景,设想这两宇宙之间发生碰撞。

如此一来相撞留下了伤疤也不是很离奇的事了。

可见,给我们的宇宙留下如此大的烙印,另一个宇宙的规模非同小可。

然而,在这个节点,也有必要指出,仍存在其他被提出的解释。

例如,大冷斑可能是由于波江座超级空洞——处于我们和宇宙微波辐射冷斑之间的,宽达十亿光年之巨的缺乏物质与活性的区域。

不过,超级空洞理论也尚未得到证实,因此争论仍在继续。

此外,在支持多元宇宙的观点当中,更常被讨论的点实际在于我们宇宙的整体构成。

它从一个看似简单的问题开始——宇宙是平直的还是弯曲的,它有尽头吗?但是,对此争论的绝大多数都没有确凿的答案。

科学家们不能肯定地说这是一种或另一种方式。

尽管关于平直度(或接近平直)的争论可能只是在热度掩盖了它,特别是在大多数宇宙微波辐射的研究尚未找到证实真正曲率的确凿证据的情况下。

与此同时,我们也从未见过宇宙的边缘,也没有太多理由假设宇宙有边缘。

因此,根据一些模型,这些情形使自己适应于多元宇宙理论。

这里我们进入Tegmark模型。

由著名物理学家麦克斯·泰格马克(Max Tegmark)提出,多元宇宙可能有多达四个层次等待着我们去发现。

但是,如果宇宙是平直的和无限的,那么实际上我们只需要看第一个,并且是最低的化身。

因为,在一个平坦而无尽的领域中,多元宇宙似乎是不可避免的——理论上是这样的。

在真正无边无际的空间里,粒子排列的每一种变化都是有可能的——并且会一遍又一遍地重复。

这意味着,在足够遥远的太空中,例如,有一个完整的我们自己的太阳系的重现,精确到此刻地球上活着的确切人数。

在真正的无限中,这不仅仅是可能,而是必然。

当然,这是否能被视作一个真正的多元宇宙(而非仅仅是一个远比我们想象的大得多的宇宙)还存在一些挑战,但就平行世界而言,泰格马克的第一层次可以提供它们。

泰格马克自己曾将这种版本的多元宇宙描述为“微不足道的显而易见”,因为“空间怎么可能不是无限的?”但是,最后,我们向南进发,以调查一项进一步为多元宇宙理论提供了一些潜在的证据的研究,尽管这并不是背后的学者真正在寻找的东西。

Fy: 阳光小浣熊,Leviathan,Time_Guang

量子信息+熵,能解释宇宙的演化吗

热力学第二定律,也许是物理里最根本的几条原理之一。

它说,一个系统的熵只会随时间增加,不会减少。

这也是唯一一条能指明"时间箭头"朝哪走的物理定律。

熵,说白了就是无序的程度:熵越低,结构越有序;熵越高,越散乱。

糖从浓处向淡处扩散、气体膨胀、咖啡放凉,背后都是熵在增加。

人们相信,宇宙的演化也遵循这条定律。

宇宙早年处于低熵状态,一路演化到高熵。

可就在这个过程中,宇宙造出了一些极其复杂的结构——星系就是代表。

星系的熵很低,却是在一个高熵的环境里形成的。

这看起来像是在违反第二定律。

这个存在已久的矛盾,正是物理学家金妮斯特拉·比安科尼想解决的难题。

引力、熵与量子信息的交织,是比安科尼理论的视觉主题(图片来源:Physics World) 在爱因斯坦的广义相对论里,有个叫"度规"的数学对象,描述时空是怎么弯曲的;物质沿着这条弯曲走,就表现成了引力。

而在量子力学里,"算符"是对量子态做变换的数学工具。

比安科尼的关键一步,就是把这个"度规"当成量子算符来用,用量子化的方式描述时空的几何。

这样一来,会冒出两个"度规":一个是"真实"的时空度规,一个是由物质和能量诱导出来的度规。

两者之间"差多少",用量子信息论里的一个量来度量,叫量子相对熵。

正是这两个几何之间的量子相对熵,决定了时空怎么演化——换句话说,它给出的运动方程,就是引力。

在低曲率极限下,这套方程能精确还原爱因斯坦的广义相对论。

可一旦超出这个极限,方程就得被一个叫"G场"的对象修正。

G场生出一个暗能量项,而且是动态的。

暗能量被认为是直接推动宇宙膨胀的东西;在标准广义相对论里,它由静态的宇宙学常数驱动。

现在冒出一个动态的暗能量项,就有了被实验检验的机会。

比安科尼又把这套理论用到了弗里德曼-罗伯逊-沃克(FRW)宇宙模型上。

这是广义相对论对宇宙行为的一级近似,假设宇宙各向同性、处处均匀、且在膨胀。

膨胀由宇宙的主导成分驱动——暗物质、普通物质,或辐射。

宇宙膨胀时,体积变大,总熵也跟着变大。

但正因为体积涨得更快,单位体积里的熵——也就是熵密度——反而随时间下降。

总熵在涨,局部熵密度却在降,这就给了星系、甚至生命这类低熵结构一个在膨胀宇宙里被造出来的机制。

那这算不算违反第二定律?比安科尼用非空的 FRW 宇宙算了一遍总熵:要把熵密度在整个时空区域上积分,而因为体积随时间变大,总熵成了时间的函数——膨胀的速度超过了熵密度衰减的速度。

所以对辐射主导和物质主导的宇宙,总熵依然随时间增加,第二定律照样成立,尽管局部熵密度在下降。

比安科尼强调,GfE 理论还很年轻,需要实验来验证。

但这项工作揭示了它内在的热力学本质,为经典引力与量子引力都打开了新路——把引力用"量子信息"和"熵"来表述,也许正是通向"量子化引力"这个百年难题的另一条路径。

引力,也许并不是什么神秘的基本力,而只是信息与熵的必然结果。

若真如此,宇宙为什么要演化、为什么能长出星系和生命,答案也许就藏在这条最普通的第二定律里。

来源:S. Jones, "Could quantum information theory explain universe evolution?" Physics World, 14 Sep 2026. 报道所引研究:G. Bianconi, Physical Review D.

追踪13.4万亿个暗物质!百亿亿次超算用4天完成这场模拟

科技日报记者 刘霞 美国能源部阿贡国家实验室日前发布消息称,该机构科学家借助“极光”百亿亿次超级计算机,完成了迄今规模最大的两次宇宙学模拟。

每次模拟都追踪了13.4万亿个暗物质粒子在286亿光年宽度区域内的演化过程。

这一成果有助于科学家研究宇宙暴胀,并为分析大型巡天观测数据提供重要支撑。

左图为百亿亿次级模拟生成的全天空光锥图;右图外圈显示宇宙微波背景辐射,扇区分别展示视线速度(红/蓝)、物质密度(灰)和引力势(绿/蓝)。

图片来源: 美国阿贡国家实验室 宇宙暴胀理论认为,极早期宇宙曾经历一段短暂而剧烈的快速膨胀。

这一过程将微观量子涨落拉伸到宇宙尺度,留下微小的密度差异;随后,引力把这些差异不断放大,最终形成我们今天看到的星系、星系团和宇宙大尺度结构。

然而,暴胀背后的具体物理机制仍未完全确定。

通过研究物质在宇宙中的分布,有望找到更多线索,探索宇宙最早期的秘密。

暗物质无法被望远镜直接看见,却凭借引力主导星系形成,并塑造更大尺度的宇宙结构。

在模拟中,暗物质粒子被用作暗物质密度和速度分布的“示踪剂”,团队由此得以追踪宇宙结构跨越数十亿年的演化轨迹。

标准宇宙暴胀模型预测,早期宇宙的密度涨落服从高斯分布,也就是最简单的一类随机模式。

科学家正努力寻找其中可能存在的微小偏差,即“原始非高斯性”。

一旦发现可测量的偏差,就可能暗示暴胀时期还存在其他场、相互作用或动力学过程,从而帮助区分关于宇宙最初时刻的不同理论。

然而,这类信号极其微弱,还可能被“宇宙方差”掩盖——由于观测只能采样宇宙的有限体积,统计不确定性难以完全消除。

因此,探测此类信号需要覆盖最大宇宙尺度的超大规模模拟。

而如此规模的模拟对算力要求极高。

团队在阿贡国家实验室的“极光”超级计算机上完成了计算。

模拟及大部分数据分析约4天完成,目标正是揭示宇宙暴胀的物理本质。

这些模拟数据将助力分析多项大型巡天项目,包括美国能源部支持的暗能量光谱仪(DESI)和NASA的SPHEREx任务,两者目前均处于数据采集阶段。

模拟与前沿观测相互印证,将共同描绘出更为精细的宇宙图景,推动人类对宇宙起源与演化的探索。

来源:科技日报