作者：段跃初 黄湘红
2024 年 8 月 14 日，据《科学美国人》报道，萨拉·斯科尔斯和希德·甘德里扎德发表了关于多元宇宙的研究观点。
人类生活在宇宙之中，这是毋庸置疑的事实。然而，一个令人深思的问题浮现出来：我们所生活的这个宇宙，是否仅仅是众多宇宙海洋中的一滴水？多元宇宙的概念，不仅是科幻小说中引人入胜的主题，更是现代物理学中被一些科学家认真研究的真实可能性。
在现代物理学的多个分支中，一系列新奇的概念层出不穷。量子力学中，一个粒子能同时以所有可能状态的叠加态存在，直至有人尝试对其进行测量。此时，多种可能性崩塌，一个明确的物理状态呈现在观察者面前。而量子力学的“多世界解释”假设，量子测量可能展现的所有可能状态都在不同的宇宙中发生，每个宇宙都有各自不同的观测者。这一解释或许是多元宇宙在科学领域中最著名的观点，但绝非唯一。
保罗·哈尔彭在其新著《多重宇宙的诱惑：额外维度、其他世界和平行宇宙》中，深入探讨了这些潜在的平行现实，包括它们的历史演变、哲学内涵以及对科学本质的深刻洞察。《科学美国人》有幸与哈尔彭就多元宇宙的概念如何与现代物理学契合、科学家目前所掌握的证据以及这一切对于我们存在本质的意义展开了交流。
那么，多元宇宙究竟是什么？从科学角度来看，这个想法可以分为量子多重宇宙和宇宙多重宇宙。量子多元宇宙是对量子物理学中测量时所发生情况以及人类生活与量子世界如何关联这一问题的一种可能解答。它由年轻的研究生休·埃弗雷特三世于 1957 年提出，其推测不同的可能性会分裂形成不同的宇宙，人类经历着多样的现实，却对自己的“二重身”一无所知。
宇宙学上的多元宇宙，则与被称为“通货膨胀”的概念相关。在宇宙的早期阶段，这种快速膨胀相对容易实现且一直在发生，导致其他的泡泡宇宙不断膨胀，我们的宇宙亦在其中。只是目前，它们超出了我们的观测范围。
我们宇宙的一些参数似乎恰到好处，处于能形成星系、恒星、行星和生命的正确范围内。倘若像引力强度、电磁相互作用强度等这些常数稍有变动，那么我们所熟知的行星和生命将永无诞生之日。这就是所谓的“微调问题”。物理学家布兰登·卡特在 1970 年左右提出，也许我们所在的宇宙区域乃至整个宇宙都是特殊的。或许，我们应当考虑所有其他的可能性，思考为何我们处于这个宇宙分支而非其他。这可能与存在一系列可能的宇宙有关，而我们恰好处于少数能够支持结构形成并最终孕育出我们所熟知的生命的宇宙之中。然而，在大多数其他版本的宇宙中，我们不会存在。
然而，一个棘手的问题是，即便其他宇宙存在，也超出了我们的感知范畴。科学家目前尚无直接测试多元宇宙这一想法的方法。尽管在书中，哈尔彭提出了一些间接测试的设想，并指出未来或许能想出一些巧妙的直接实验，但就目前而言，多元宇宙不可检验。在物理学中，还有其他一些观点也永远无法直接验证。比如，宇宙在膨胀且加速，由于光速有限，我们永远无法看到超过一定半径（约 460 亿光年）的宇宙部分。量子的不确定性也限制了我们一次所能观察到的内容，海森堡的不确定性原理使得我们即便在理论上，也无法同时描绘出宇宙中所有粒子的位置和动量。
这就引出了一个关键的问题：科学的目标究竟是试图探寻宇宙的真相，还是仅仅寻找能够通过实验证明的东西？人类一直致力于理解自己所处的世界乃至整个宇宙。我们运用各种工具，包括理论物理和直接观察。虽然希望两者能相互匹配，但有时会出现滞后。有时会有理论无法解释的实验结果，有时一些理论模型在没有观察的情况下也能得到一定程度的认可，直至后来才有科学的实验结果。理论上令人兴奋的想法，往往需要时间来进行测试。
当询问不同的物理学家对多元宇宙的态度时，结果令人惊讶。一些被认为以观察为基础、思维冷静的科学家，对多元宇宙的想法持开放态度；而另一些拥有深远想法的人则划清界限，拒绝接受多元宇宙的概念。不同的理论家各有偏好，这里面包含着一定的个人哲学。即使是受过专业训练的物理学家，在遵循物理定律和广义相对论、量子物理学的基础上，哲学偏好依然有存在的空间。
作者萨拉·斯科尔斯希望通过这一系列的探讨，让人们能够理解理论物理学中的各种可能性，哪怕是那些已被广泛接受的理论，如广义相对论和量子物理学，并明白它们是如何以某种方式融入到我们如今所观察到的宇宙这个巨大谜团之中。在众多可能性面前，为何事情会发展成如今的模样，依旧是个待解之谜。
总之，多元宇宙的概念为我们打开了一扇窥探未知的窗户，让我们对宇宙的本质和人类的存在有了更深远的思考。
作者：段跃初 黄湘红
2024 年 8 月 14 日，据《科学美国人》报道，萨拉·斯科尔斯和希德·甘德里扎德发表了关于多元宇宙的研究观点。
人类生活在宇宙之中，这是毋庸置疑的事实。然而，一个令人深思的问题浮现出来：我们所生活的这个宇宙，是否仅仅是众多宇宙海洋中的一滴水？多元宇宙的概念，不仅是科幻小说中引人入胜的主题，更是现代物理学中被一些科学家认真研究的真实可能性。
在现代物理学的多个分支中，一系列新奇的概念层出不穷。量子力学中，一个粒子能同时以所有可能状态的叠加态存在，直至有人尝试对其进行测量。此时，多种可能性崩塌，一个明确的物理状态呈现在观察者面前。而量子力学的“多世界解释”假设，量子测量可能展现的所有可能状态都在不同的宇宙中发生，每个宇宙都有各自不同的观测者。这一解释或许是多元宇宙在科学领域中最著名的观点，但绝非唯一。
保罗·哈尔彭在其新著《多重宇宙的诱惑：额外维度、其他世界和平行宇宙》中，深入探讨了这些潜在的平行现实，包括它们的历史演变、哲学内涵以及对科学本质的深刻洞察。《科学美国人》有幸与哈尔彭就多元宇宙的概念如何与现代物理学契合、科学家目前所掌握的证据以及这一切对于我们存在本质的意义展开了交流。
那么，多元宇宙究竟是什么？从科学角度来看，这个想法可以分为量子多重宇宙和宇宙多重宇宙。量子多元宇宙是对量子物理学中测量时所发生情况以及人类生活与量子世界如何关联这一问题的一种可能解答。它由年轻的研究生休·埃弗雷特三世于 1957 年提出，其推测不同的可能性会分裂形成不同的宇宙，人类经历着多样的现实，却对自己的“二重身”一无所知。
宇宙学上的多元宇宙，则与被称为“通货膨胀”的概念相关。在宇宙的早期阶段，这种快速膨胀相对容易实现且一直在发生，导致其他的泡泡宇宙不断膨胀，我们的宇宙亦在其中。只是目前，它们超出了我们的观测范围。
我们宇宙的一些参数似乎恰到好处，处于能形成星系、恒星、行星和生命的正确范围内。倘若像引力强度、电磁相互作用强度等这些常数稍有变动，那么我们所熟知的行星和生命将永无诞生之日。这就是所谓的“微调问题”。物理学家布兰登·卡特在 1970 年左右提出，也许我们所在的宇宙区域乃至整个宇宙都是特殊的。或许，我们应当考虑所有其他的可能性，思考为何我们处于这个宇宙分支而非其他。这可能与存在一系列可能的宇宙有关，而我们恰好处于少数能够支持结构形成并最终孕育出我们所熟知的生命的宇宙之中。然而，在大多数其他版本的宇宙中，我们不会存在。
然而，一个棘手的问题是，即便其他宇宙存在，也超出了我们的感知范畴。科学家目前尚无直接测试多元宇宙这一想法的方法。尽管在书中，哈尔彭提出了一些间接测试的设想，并指出未来或许能想出一些巧妙的直接实验，但就目前而言，多元宇宙不可检验。在物理学中，还有其他一些观点也永远无法直接验证。比如，宇宙在膨胀且加速，由于光速有限，我们永远无法看到超过一定半径（约 460 亿光年）的宇宙部分。量子的不确定性也限制了我们一次所能观察到的内容，海森堡的不确定性原理使得我们即便在理论上，也无法同时描绘出宇宙中所有粒子的位置和动量。
这就引出了一个关键的问题：科学的目标究竟是试图探寻宇宙的真相，还是仅仅寻找能够通过实验证明的东西？人类一直致力于理解自己所处的世界乃至整个宇宙。我们运用各种工具，包括理论物理和直接观察。虽然希望两者能相互匹配，但有时会出现滞后。有时会有理论无法解释的实验结果，有时一些理论模型在没有观察的情况下也能得到一定程度的认可，直至后来才有科学的实验结果。理论上令人兴奋的想法，往往需要时间来进行测试。
当询问不同的物理学家对多元宇宙的态度时，结果令人惊讶。一些被认为以观察为基础、思维冷静的科学家，对多元宇宙的想法持开放态度；而另一些拥有深远想法的人则划清界限，拒绝接受多元宇宙的概念。不同的理论家各有偏好，这里面包含着一定的个人哲学。即使是受过专业训练的物理学家，在遵循物理定律和广义相对论、量子物理学的基础上，哲学偏好依然有存在的空间。
作者萨拉·斯科尔斯希望通过这一系列的探讨，让人们能够理解理论物理学中的各种可能性，哪怕是那些已被广泛接受的理论，如广义相对论和量子物理学，并明白它们是如何以某种方式融入到我们如今所观察到的宇宙这个巨大谜团之中。在众多可能性面前，为何事情会发展成如今的模样，依旧是个待解之谜。
总之，多元宇宙的概念为我们打开了一扇窥探未知的窗户，让我们对宇宙的本质和人类的存在有了更深远的思考。
