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多宇宙學(xué)模型是偽科學(xué)嗎? 宇宙學(xué)建立在兩大假設(shè)上:第一,假設(shè)宇宙介質(zhì)的分布是均勻的、各向同性的;第二,宇宙動(dòng)力學(xué)行為服從廣義相對論。而當(dāng)前的宇宙理論建立在蘇聯(lián)宇宙學(xué)家亞歷山大·弗里德曼提出的膨脹宇宙模型之上,在1922年,弗里德曼發(fā)現(xiàn)了愛因斯坦場方程中的一個(gè)重要解使得膨脹宇宙模型逐漸明朗,此后哈勃發(fā)現(xiàn)了宇宙膨脹的現(xiàn)象,在宇宙微波背景輻射發(fā)現(xiàn)之后,科學(xué)界對建立在弗里德曼宇宙模型基礎(chǔ)上的宇宙時(shí)空有了不同深度的認(rèn)識。 宇宙學(xué)模型的提出需要觀測來證實(shí),當(dāng)弗里德曼提出宇宙膨脹模型時(shí)幾乎得不到科學(xué)界認(rèn)可,甚至在哈勃發(fā)現(xiàn)紅移宇宙膨脹現(xiàn)象后也被認(rèn)為是“偽科學(xué)”,這是因?yàn)橛钪鎸W(xué)需要觀測來證實(shí)結(jié)論。1965年,美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的工程師彭齊亞斯和威爾遜發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射,這是一個(gè)各向同性的信號,與太陽系行星系統(tǒng)公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)完全沒有關(guān)系,有力支持了弗里德曼的膨脹宇宙模型,是大爆炸理論的證據(jù)。 到了1989年,宇宙微波背景輻射衛(wèi)星(COBE)觀測證實(shí)微波背景輻射譜符合2.726±0.010K黑體輻射曲線,極大支持了宇宙在大尺度方向上的各向同性特點(diǎn)。 在弗里德曼提出宇宙膨脹模型之前,宇宙有限論獲得了兩大佯謬的支持:第一,德國天文學(xué)家奧伯斯在1823年提出“夜黑佯謬”,他質(zhì)疑為什么我們會(huì)看見黑夜,如果宇宙無限大的話,那么各個(gè)方向上恒星亮度的累計(jì)可以照亮整個(gè)夜空,地球?qū)⒉粫?huì)出現(xiàn)黑夜,因此宇宙是有限的;第二,西利格佯謬認(rèn)為如果宇宙是無限大,那么宇宙中的物質(zhì)分布應(yīng)該是均勻的,這樣各個(gè)方向上可以產(chǎn)生相同的作用力,我們就無法稱量一個(gè)物體的重量,因此宇宙是有限的。 除了有限宇宙論外,愛因斯坦也提出了自己的宇宙觀,他在1916年發(fā)表的廣義相對論中認(rèn)為一個(gè)物體的質(zhì)量可以導(dǎo)致其周圍的時(shí)空發(fā)生彎曲,看起來像是一個(gè)物體通過萬有引力施加的影響實(shí)際上是空間彎曲引起的運(yùn)動(dòng),而時(shí)空彎曲的事實(shí)可以得出我們的宇宙是有限無邊的,屬于靜態(tài)宇宙范疇,愛因斯坦將這樣的宇宙描述為在三維球體上的二維空間。 通過一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展,宇宙學(xué)的初級架構(gòu)已經(jīng)建立起來,作為現(xiàn)代宇宙學(xué)基本出發(fā)點(diǎn)的弗里德曼宇宙膨脹模型認(rèn)為在宇宙膨脹前,必然有一個(gè)時(shí)刻的宇宙半徑是0,這樣可初步得出宇宙年齡在200億年左右,現(xiàn)代宇宙學(xué)的發(fā)現(xiàn)表面,宇宙年齡為137.7億年。宇宙學(xué)發(fā)展過程中出現(xiàn)一次較大的突破,科學(xué)家將其稱為“平行宇宙”論,雖然該理論尚未被證實(shí),但該理論擁有極強(qiáng)的生命力,使得宇宙學(xué)研究讓人耳目一新,在弦論、M理論發(fā)展之后,多重宇宙論也逐漸被人們接受,目前的問題并非在于是否存在多重宇宙,而是它們會(huì)以何種形式出現(xiàn)。 2003年,美國賓夕法尼亞大學(xué)物理與天文學(xué)教授Max Tegmark在《科學(xué)美國人》期刊上發(fā)表了《平行宇宙》一文,是目前平行宇宙論較為完整的論述文章,他將平行宇宙分為四類,或者四個(gè)層次,論證了宇宙是“平行”的結(jié)論,這是宇宙學(xué)研究從單一宇宙論發(fā)展到平行的多宇宙論,根據(jù)Max Tegmark的描述,平行宇宙分為四類: 第一類平行宇宙為最簡單的平行宇宙,處于我們可觀測宇宙之外,其物理常數(shù)與我們的宇宙相同,但是物質(zhì)的初始條件不同,這意味著我們的宇宙之外還有很多平行宇宙時(shí)空。普朗克望遠(yuǎn)鏡最新的觀測數(shù)據(jù)表明,我們的宇宙可能是10億個(gè)宇宙中的一個(gè),這個(gè)發(fā)現(xiàn)也是第一次有證據(jù)顯示平行宇宙的存在。而可觀測的宇宙半徑為420億至460億光年左右,這是大爆炸以來光前進(jìn)的最遠(yuǎn)距離,由于宇宙膨脹的拉伸,這個(gè)距離大約137億光年; 第二類宇宙與第一類宇宙有著較大的不同,時(shí)空維度、基本粒子以及很多物理常數(shù)都是不同的;第三類宇宙為美國量子物理學(xué)家休·艾弗雷特提出的多世界宇宙,屬于量子多重世界范疇,在量子力學(xué)框架下,每一個(gè)宇宙都對應(yīng)著不同的狀態(tài),量子宇宙會(huì)隨機(jī)“分裂”成更多狀態(tài)的宇宙;第四類宇宙的物理定律不同于我們的宇宙,而且物理性質(zhì)和量子態(tài)都不同,幾乎不可能用真實(shí)可見的圖像來解釋這個(gè)宇宙,Max Tegmark認(rèn)為一種數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)可對應(yīng)一個(gè)平行宇宙,它們不屬于時(shí)間和空間的范疇。 顯然四種平行宇宙的層次劃分是從復(fù)雜到簡單,第一類宇宙規(guī)定了許多物理常數(shù)和初始條件,到了第四層平行宇宙時(shí)幾乎難以想像,無法用三維空間的圖像加以描述,平行宇宙模型已經(jīng)暗示了不同類型宇宙之間出現(xiàn)變換的可能性。 |
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