“宇宙是谁决定的?”,从多样的世界假设中诞生的无数宇宙的存在


“宇宙是谁决定的?”,从多样的世界假设中诞生的无数宇宙的存在

关于真空能量密度的理论和观测之间的差距这个问题,很多科学家想到的解决方法是将真空能量密度的理论值设为零,但都没有成功。

针对这样的问题,美国物理学家史蒂文·温伯格认为有必要采用其他物理学家都没有尝试过的方法,他根据一些先前研究人员的建议,专注于被称为“人类原理”的想法。

温伯格所专注的“人类原理”的核心,是假设在某个地方存在着比我们在自己周围观测到的世界更多样的世界。

一听到“人类原理”,或许不少人会认为这是导入了以人为中心的新原理。实际上,甚至有研究者这么认为。但是,这完全是误解。

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如下文所述,人类原理是一种将观测到的事实,在宇宙中人类(或高等生命体)并没有发挥特殊作用的理论。

其核心理论是,人类在观测周围的时候,之所以会发现特殊的环境(在这种情况下,真空的能量密度非常小),仅仅是因为人类本身是需要这种环境的稀有存在而已。这并不是说人类的存在或存在的可能性会对物理学定律产生什么影响。

实际上,这种现象在我们的宇宙中随处可见。例如,地球的环境看起来是为了高等生命体的存在而创造的,这就是一个例子。

星球和生命只可能存在于幸运的宇宙中

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内部结构可能产生范围的真空能量密度。

温伯格考虑的是,存在着很多具有不同真空能量值得“宇宙们”的状况。然后温伯格思考了在这些真空能量值不同的宇宙中会发生什么。

他得出的结论是,如果真空的能量密度是我们宇宙现在物质的能量密度10 ³⁰g / cm³。如果更大几个位数以上的话,在这样的宇宙中,以银河、星星为首的所有构造都不可能存在。

更确切地说,如果在宇宙中结构进化足够长的时间之前,真空的能量成为宇宙的支配性能量,然后继续下去的话,那么这样的宇宙就不会产生任何有意义的结构。

这意味着什么呢?

温伯格认为,真空的能量密度受到量子力学的很大修正这一理论结论是正确的。也就是说,物理学家无论怎么找都找不到的未知机制存在,并没有抑制校正。

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如果是这样的话,我们认为不同宇宙们所具有的真空能量密度的典型大小,将比理论所暗示的自然大小,也就是现在我们观测到的物质能量密度大120位左右。

更准确地说,这些不同的宇宙的真空能量密度的值是-10⁹⁰g / cm³到+ 10 g / cm³⁹⁰采取之间的随机值和考虑。这意味着这些宇宙几乎都不存在任何结构。

更确切地说,这些不同的宇宙的真空能量密度的值是采取于-10⁹⁰g / cm³到+ 10 g / cm³⁹⁰之间的随机值和考虑。这意味着这些宇宙中的大部分都不存在任何结构。

但是,如果宇宙的不同种类是10¹²⁰以上的话,其中的几个偶然的小宇宙真空的能量密度,即其内部结构有可能出生范围的真空能量密度的想法。

反过来说,这意味着如果宇宙中出现了智慧生命并测量了真空的能量密度,那么他们观测到的一定比理论的自然值小120个数量级。因为如果不是这样,他们自己就不存在了。

很多宇宙存在的根据

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宇宙中高等生命诞生所需的真空能量密度。

为什么我们观测到的真空能量密度比理论的自然估计值要小得多——仅仅是给物理学家们一个怎么找都找不到的问题的答案,也可以说这个人类原理的想法是有意义的。

但是,这种想法还有一个极其重要的结论。那就是预言“真空的能量密度不会比现在物质的能量密度小得多”。

因为温伯格自己也曾指出,要想在宇宙中产生高等生命体,真空的能量密度必须小到物质的能量密度,但其实没有必要再小。

这是怎么回事呢?

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在无数的宇宙中,让我们来思考高等生命体诞生的宇宙。那个宇宙中真空的能量密度,恰好应该控制在允许复杂结构的范围——也就是说,与这种结构(包括高等生命体)诞生之时物质的能量密度大致相当以下的范围。

但是,在这种情况下,偶然得到的真空能量密度值远远小于允许的最大值,也就是说,比结构产生时的物质能量密度小几个数量级的可能性很低。为什么这么说呢?因为根本不存在将真空的能量密度降低的理论机制。

也就是说,如果人类原理是正确的,那么我们观测到的真空的能量密度应该和现在物质的能量密度差不多大。这与大多数物理学家认为的“问题解决后,真空的能量密度应该为零”形成了鲜明的对比。

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温伯格在1987年发表的这篇关于人类原理论文,很长一段时间都没有成为人们关注的焦点。然而,大约10年后的1998年,正如这篇论文所预言的那样,通过珀尔马特、施密特、里斯等人的观测,真空的能量密度以宇宙加速膨胀的形式冲击性地展现出来。

换言之,自然界中存在无数不同的宇宙这一看似荒谬的想法,不仅解释了其他理论无法解释的真空能量密度小,而且还解释了它的真空能量密度(人类观测宇宙的时候,即产生高等生命体的时期)与物质的能量密度大致相同,这是通过实际观测确认的!

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页面更新:2024-05-15

标签:宇宙   密度   真空   生命体   能量   物质   原理   人类   理论   结构   世界

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