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2002年11月01日
物理學家在探索科學界一些最深奧的公式時,發現了可能與我們平行的世界。下一步:陰陽魔界。寇克與皮卡船長(註:影集《星艦迷航記》主角、 「企業號」太空船前後期船長)老是陷入其中,愛麗絲在鏡子的另外一邊也發現一個,路易士小說《納尼亞故事集》中 的孩子們走進一個有霉味的老衣櫥也進入了他們那一個。想 想它們在情節鋪陳上的效用,無怪乎科幻小說與奇幻文學都 充滿了種種的另類宇宙。但令人驚訝的是,主流物理學家也 偶然發現了他們自己的另類宇宙,藏在科學最深奧的一些公 式中。

沒有人知道這些平行世界可能是什麼樣子,而且我們能否偵測到它們的存在也純屬未知,更別提穿透一面鏡子或穿過空間曲度去造訪一下。但是,暗示我們這個世界只是策多世界中的一個的想法紛紛從各式各樣不同的理論中冒出來,而且說法遠比小說情節還怪異。

另類宇宙可能存在的第一個可信說法來自一九五○年代初期,當時一位年輕的物理研究所的學生休艾佛瑞特不是很認真地在思索量子力學一些比軟怪異的涵義。量子力學是所有治學嚴謹的物理學家都認同的,它主張原子與次原子粒子的運動絕對無法確實預測得到。比方說,你只能說一個電子在一毫秒之後「大概」會在什麼位置,但它很有可能最後跑到別處去。

這種本質上的不確定性應用在次原子世界的基本性質上,到底有怎樣的意義,這個問題讓理論枓學家努力思索了幾十年。例如,偉大的丹麥物理學家波耳認為,在你測量一顆粒子而確定它的位置之前,這顆粒子真的是同時存在於好幾個位置。他認為,測量的動作迫使這顆粒子選定一個位置,放棄眾多別的位置。

但是艾佛瑞特另有想法:他主張,當你找出這顆電子的位置時,這個世界就分裂成多重的宇宙。在每一個宇宙中,這顆電子都有不同的位置—而且這麼多個宇宙(每一個都同樣真實)也各自走向自己的未來。在這所謂的量子力學多重世界詮釋中,宇宙是不可思議的多產,因為宇宙中每一顆粒子每一瞬間都製造出新宇宙—而下一瞬間每一個新宇宙又再度分裂。然而許許多多的物理學家認為這是一個完全合理的想法,如果這是正確的,那麼不斷演化出來的宇宙遠超過我們所能計算的數量。

不過這一切都純粹是理論而已,因為想不出有任何方法可以和哪怕只是一個另類宇宙聯繫。因此,儘管我們每個人都可能因體內的粒子分裂再分裂而產生無數個平行自我,但是要探知我們其他自我的歷史的機會就是零—而且很不幸,我們也沒有機會搞清楚量子力學的這種詮釋是否正確。

第二種另類宇宙的情況同樣也很難確定,它並非出自量子力學,而是出自二十世紀物理學另一項重大革命,也就是愛因斯坦的廣義相對論。根據愛因斯坦的說法,質量極大或密度極高的物體,會拉扯時空連續體的構造。找一個密度接近無限大的物體------ 例如黑洞------ 這種拉扯可能會造成破裂。

時空連續體中的這種破裂------ 比較為人所知的名稱是「蟲洞」------ 在理論上可能做為通往宇宙遠處的捷徑(新版電視影集《銀河前哨》裡的角色利用蟲洞的方式就像紐約人使用地鐵一樣。川旦是根據史蒂芬霍金在一九八○年代提出來的觀念,蟲洞也可能通往完全脫離我們宇宙之處,創造出一個「小宇宙」,然後擴張、成長,自己形成一個自給自足的時空連續體。

如果此事當真,那麼應該存在著幾兆個小宇宙,因為一般認為我們宇宙中就有這麼多個黑洞存在。而且這些還只是自然發生的,理論上,小宇宙還可能由人工製造出來。麻省理工學院物理學家亞倫古斯在八○年代晚期了解到,你或許可以在實驗室中只用幾磅的物質就能創造出小宇宙,只要把物質的密度壓縮到與黑洞的密度一樣就行了。

我們在未來一百年—甚至很可能是十億年—都不會擁有這樣的技術。儘管如此,一個夠先進的文明或許能克服創造小宇宙的複雜問題—說不定還能在科學博覽會上販賣製造小宇宙的工具包。不幸的是,這樣的小宇宙所存在的新時空連續體,將由於黑洞這個瓶頸(會毀滅所有穿越它的物體)而與我們這個宇宙永久隔絕。因此它和量子理論多世界詮釋中的另類宇宙一樣,都是無法測知的。

但是還有一種另類宇宙存在,而這一種有可能測得------ 儘管是非常間接地測得。

從一九六五年以來,天文學家就擁有充分有力的證據證明宇宙始自「大爆炸」,所有物體從那時起就一直向外擴張。但是在七○年代與八○年代早期,美國與俄羅斯的物理學家(包括古斯)了解到,在宇宙剛誕生幾分之一秒的時候,掌控宇宙的強大能量場可能加速了宇宙的擴張,迫使宇宙分裂------ 或稱「膨脹」------ 速度比光速快許多倍。(在空間中移動的任何物體無法突破光速的障礙,但是空間本身不必遵從這個全宇宙的速度限制。)

到目前為止,我們說的仍然是一個宇宙—雖然是一個比我們所見的一小塊(直徑只有三百億光年)大得多的宇宙。可是接下來的科學家們,包括流亡的俄羅斯科學家林德,了解到這種膨脹的彈性超過任何人的想像。有宇宙早期那樣強烈的能量場,就算在正常宇宙的一個次原子大小的區域內,都有可能全憑機運產生。



因此,我們的宇宙可能是在一個預先存在的宇宙------ 所謂「超宇宙」------ 裡面形成的一個膨脹泡泡的產物。其他與我們宇宙平行的泡泡也大有可能產生過。(如果兩個擴張中的泡泡碰巧相遇,就會形成一道火焰般的能量牆擋住宇宙的一邊。目前為止還沒有發現這種證據。)

但如果說膨脹的泡泡能從超宇宙中滲透出來,那麼也有可能從我們的宇宙冒出來。新宇宙可能會不斷從我們的宇宙生長出來,分離到無法想像的空間裡,遵循它們自己的途徑而演化。這些宇宙可能有和我們迥然不同的物理定律------ 隨便舉兩個例子 :重力可能強大到使這些宇宙幾乎是剛誕生就立即崩潰,也有可能是微弱到使叵星永遠無法成形。這些宇宙也可能繼續生出其他的宇宙,也就是創造出一個超宇宙,裡面的宇宙一個生一個,自我繁殖,無窮無盡。

還有更詭異的。根據普林斯頓大學天文物理學家葛特的說法,當你從一個宇宙跳到另一個宇宙時,時間的流動就失去了意義。事實上,在一個無時間的超宇宙中,小宇宙可能會生出小宇宙,一再地生下去,最後有可能生出讓這一切開始的那個宇宙。葛特說:「很有可能,宇宙最後成了自己的老祖母。」

從很多方面來說,這些萌芽中的小宇宙的物理現象和霍金、古斯所說在黑洞中誕生的小宇宙是一樣的。不同的是,黑洞內發生的細節無從得知,但支持或推翻膨脹理論的證據在幾年內就可能會有結論。如果宇宙真的曾經膨脹,那電光火石擴張的一刻,應該會在大爆炸後殘留的輻射中留下一個能說明內情的模式,這種輻射仍以電磁波的形式在宇宙中迴盪。今年稍晚將會發射的兩枚衛星具有足夠敏銳的儀器可以測到這個模式。

如果偵測出來,對各式各樣的另類宇宙理論將是一大鼓舞。普林斯頓大學物理學家史坦哈特說:「膨脹理論獲得證實,將使得我們對它的一些涵義有更大的信心。」這些涵義包括一些到目前為止只存在於一個平行宇宙------ 幻想世界------ 中的想法。
(文章取自時代雜誌)




於02年11月發佈



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