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        多重宇宙是科學(xué)嗎?

        2020-09-10 09:46:45湯姆·西格弗里德
        南方周末 2020-09-10
        關(guān)鍵詞:理論

        湯姆·西格弗里德(TomSiegfried)

        我們不能直接檢驗多重宇宙,但它是基于其他可以驗證的理論的預(yù)測結(jié)果?!            ∫曈X中國 ?圖

        ★關(guān)于多重宇宙是否存在的爭論由來已久,現(xiàn)在,宇宙學(xué)的進(jìn)展能讓我們重新審視這個問題。

        19世紀(jì)末,奧地利物理學(xué)家、哲學(xué)家恩斯特·馬赫曾公開否認(rèn)原子的存在。他諷刺地問那些原子的擁護(hù)者:“你們見過原子嗎?”今天,許多科學(xué)家也在用相似的態(tài)度嘲諷著一個觀點——我們所見的宇宙并非單獨存在,它只是多重宇宙“泡泡”中的一個。

        多重宇宙理論的反對者認(rèn)為,我們無法看到其他的宇宙,因此這個理論無法被證明。此外,他們還認(rèn)為用多重宇宙理論來解釋現(xiàn)實,明顯違背了奧卡姆剃刀理論(Occam's ra-zor)。奧卡姆剃刀理論認(rèn)為簡單的解釋優(yōu)于復(fù)雜的解釋。但馬赫對原子的看法,毫無疑問是錯誤的。

        綜觀歷史,反對多重宇宙的人總會被證明是錯誤的。事實上,最早提出多重宇宙的正是提出原子論的古希臘哲學(xué)家留基伯(Leu-cippus)和德謨克利特(Dem-ocritus),他們認(rèn)為原子理論需要一個無限大的宇宙。然而,亞里士多德(Aristotle)堅定地認(rèn)為邏輯上只需要一個宇宙。這個觀點一直持續(xù)到了1277年,當(dāng)時的巴黎主教認(rèn)為這個觀點否定了上帝的力量,宣布將傳授亞里士多德觀點的學(xué)者逐出教會。隨后,爭論又持續(xù)了幾個世紀(jì)。

        到了16世紀(jì),哥白尼(Co-pernicus)徹底改變了這個問題的爭論方向。不同于亞里士多德的宇宙模型(地球在中間,周圍的天體位于繞地球運行的球面上),哥白尼把太陽放在中心,而行星(包括地球)位于繞太陽運行的軌道上。在這個“太陽系宇宙”中,恒星都位于繞太陽系運行的球面上。不久后,英國人托馬斯·迪格斯(Thomas Digges)重新繪制了哥白尼的宇宙圖像:恒星離太陽系遠(yuǎn)近不同,而不是固定在一個球面上。這也增加了太空中存在多個太陽系宇宙的可能性。

        后來,科學(xué)家通過望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn),大量的恒星在一個距離較遠(yuǎn)的區(qū)域中聚集成了一個圓盤狀結(jié)構(gòu)——銀河系。正如哥白尼證明地球只是“太陽系宇宙”的一部分,太陽系也只是銀河系眾多“宇宙”中的一個。宇宙的定義再次被改寫:它是一個被虛空包圍、由恒星組成的巨大圓盤。

        但在銀河系之外,還存在一些被稱為星云(nebulae)的模糊斑點。19世紀(jì)40年代,美國天文學(xué)家奧姆斯比·麥克奈特·米切爾(Ormsby MacKnight Mitch-el)將它們描述為宇宙島(Island Universes)。但此后,多重宇宙的觀點再次遭到了嘲笑,一度被拋棄、遺忘。直到1924年,埃德溫·哈勃(Edwin Hubble)發(fā)現(xiàn),一些模糊的星云(如仙女座星云)確實是像銀河系一樣巨大的宇宙島。哈勃最先提出了當(dāng)今宇宙的定義:宇宙就像在時空中不斷膨脹的氣泡,由數(shù)十億個類似銀河系的星系組成。

        20世紀(jì)80年代,一種有關(guān)宇宙形成的新解釋——暴脹宇宙學(xué)(inflationary cosmology)為多重宇宙的爭論提供了新觀點。如果在宇宙大爆炸后,宇宙極其快速地膨脹(暴脹),那么這個過程可能會在其他地方重演。如果暴脹理論被證明是正確的,那么我們的宇宙將只是眾多宇宙泡泡中的一個。

        當(dāng)然,這并不意味著多重宇宙一定正確。但多重宇宙的反對者僅因為無法驗證就認(rèn)為它的存在不科學(xué),這種說法明顯是錯誤的。雖然我們不能直接檢驗多重宇宙,但它是基于其他可以驗證的理論的預(yù)測結(jié)果。事實上,盡管暴脹宇宙模型還沒有完全建立,但它已通過了許多檢驗。

        另一方面,其他宇宙的存在在理論上也并非完全不可觀測。如果另一個宇宙與我們的宇宙相撞,從宇宙大爆炸殘留的宇宙微波背景輻射中,我們有可能找到明顯的痕跡。即使沒有這類直接證據(jù),多重宇宙的存在還可以通過間接方法推斷,就像1905年愛因斯坦通過分析液體中懸浮粒子的隨機運動,證明了原子的存在一樣?,F(xiàn)在,科學(xué)家已經(jīng)能夠利用掃描隧道顯微鏡產(chǎn)生的圖像真正“看見”原子了。

        至于奧卡姆剃刀原理,我們能查閱到一個歷史事實:在14世紀(jì),哲學(xué)家威廉·奧卡姆(William Occam)不僅提出這一原則,他還是多重宇宙理論最熱切的支持者。

        (Scientific American中文版《環(huán)球科學(xué)》授權(quán)南方周末發(fā)表,高宏翻譯)

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