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    [多元宇宙并不是科学理论,只不过是有物理动机的“形而上学”] 多元宇宙理论

    时间:2019-10-30 05:28:43来源:银杏学习网 本文已影响 银杏学习网手机站
    "多元宇宙并不是科学理论,只不过是有物理动机的“形而上学”

    任何人都可以提出一个理论,通常来说,这个理论的意思是“一个关于事物如何工作的想法”,但是要成为一个科学理论,你必须做更多的工作。特别是,任何新的科学理论都必须审视当前的科学框架,包括当前的领先/最佳理论和所有可用的数据,并满足以下三个标准:

    1. 它必须再现先前存在的理论的所有成功。
    2. 它必须解释一些新的或新颖的结果,这些结果与旧的理论相矛盾或不符合。
    3. 或许最重要的是,它需要做出新的、可测试的预测,而这些预测之前没有经过测试,并且可以被证实、验证或反驳。

    事实上,所有领域的科学进步都是如此,从物理学这样的“简单”领域到生物学这样的“复杂”领域。

    多元宇宙并不是科学理论,只不过是有物理动机的“形而上学”

    用开普勒的日心说和椭圆轨道代替了描述地球中心论,后来又被牛顿引力所扩展。不仅解释了行星的位置和运动,还解释了木星的卫星、金星的相位、火星的偏心轨道,并对彗星的周期性和返回做出了新的预测。

    几百年后,牛顿的引力本身未能预测水星的详细轨道特性,爱因斯坦的广义相对论不仅再现了牛顿的所有成功,而且解释了水星的轨道异常,并通过引力源对星光的弯曲做出了预测, 可以测试。短短几年,广义相对论得到了证实,我们又迎来了一场全面的科学革命。

    多元宇宙并不是科学理论,只不过是有物理动机的“形而上学”

    对于那些喜欢拿自己作例子的人来说,达尔文的进化论是一个很好的例子:被遗传学所取代,然后又被DNA的发现所取代。科学以这种方式前进:不是通过使它面前的东西失效,而是通过扩展它来更好地描述宇宙中所有适用的现象。

    那么,多宇宙——真正的多宇宙——从何而来,它是什么?为了理解这一点,让我们从我们关于宇宙本身的图片开始。宇宙,我指的是可观测的宇宙:我们能看到、测量和与之互动的一切的总和。

    多元宇宙并不是科学理论,只不过是有物理动机的“形而上学”

    我们在天空的任何地方,都看到恒星和星系聚集在一个巨大的宇宙网中。 但是,我们所看到的空间越远,我们所看到的时间就越远。 距离越远的星系越年轻,因此演化越少。 它们的恒星中包含的重元素较少,随着合并的发生减少,它们的出现会变小,螺旋形的增加和椭圆形的减少(这需要时间才能从合并中形成),依此类推。 如果我们一直前进到我们所看到的极限,我们会发现宇宙中最早的恒星,然后是一个超出该范围的黑暗区域,唯一的光是大爆炸留下的余辉。

    但“大爆炸”(大约在138亿年前发生)本身并不是宇宙空间和时间的开始,而是我们可观测宇宙的开始。在此之前,有一个被称为宇宙膨胀的时代,空间本身呈指数级膨胀,充满了时空结构固有的能量。

    多元宇宙并不是科学理论,只不过是有物理动机的“形而上学”

    宇宙膨胀本身就是一个理论的例子,它产生并取代了之前的理论,因为它:

    1. 与大爆炸的所有成功相一致,涵盖了现代宇宙学的所有领域,
    2. 解释了一些大爆炸无法解决的问题,包括为什么宇宙各区域的温度都是一样的,为什么它在空间上是如此的平坦,为什么没有像磁单极子这样的剩余高能遗迹,
    3. 做出了六个不同的新预测,可以通过观测进行检验,其中五个已经得到证实。

    然而,还有一个结果,宇宙膨胀预测我们不知道是否能证实:多元宇宙。

    多元宇宙并不是科学理论,只不过是有物理动机的“形而上学”

    你看,膨胀的运作方式是使空间以指数速度膨胀。这需要在热爆炸之前存在的任何东西,使它比以前大很多很多。到目前为止,这很好:这解释了我们是如何得到如此统一、浩瀚的宇宙。当膨胀结束时,宇宙充满了物质和辐射,这就是我们所看到的大爆炸。但这就是它变得奇怪的地方。

    根据给我们足够的膨胀来产生我们所看到的宇宙的可行机制,在我们周围也有许多空间区域(膨胀确实结束了),膨胀不会立即结束,导致一种称为永恒膨胀的现象。

    多元宇宙并不是科学理论,只不过是有物理动机的“形而上学”

    • 图注:未来通胀仍在继续的地区(蓝色),以及通胀结束的地方,这会导致一场大爆炸和一个像我们这样的宇宙(红色x)。

    多亏了量子力学,膨胀有可能在任何时间结束在任何区域……但它也有有限的机会在任何时间不结束在任何给定区域。当膨胀结束时,我们得到一个热大爆炸和一个宇宙,其中我们可以观察到我们所处的宇宙的一部分,非常像我们自己的宇宙。(用上图的红色“x”表示。)

    但在膨胀没有结束的地方,会产生更多的膨胀空间,这会导致一些地区会出现大爆炸,导致与我们自己的地区脱节,而其他地区则会继续通胀。

    多元宇宙并不是科学理论,只不过是有物理动机的“形而上学”

    现在有很多我们一无所知的其他宇宙,包括:

    • 它们有和我们一样的物理定律、粒子和基本常数吗?
    • 它们的密度、属性历史与我们相似吗?
    • 我们是不是在某种程度上与其他宇宙纠缠在一起,量子力学?

    但这引出了我们的主要问题:这是一个科学理论吗?

    问题是,多元宇宙本身并不是一个科学理论。更确切地说,这是物理学定律的理论结果,因为它们在今天是最容易理解。这也许是这些定律必然结果:如果有一个由量子物理学支配的膨胀宇宙,这是你最终要面对的问题。但是——很像弦理论——它存在一些致命缺陷:它既不能预测我们观察到的,也不能解释没有它的任何东西,也不能预测任何我们可以去寻找的确切。

    多元宇宙并不是科学理论,只不过是有物理动机的“形而上学”

    多元宇宙并没有解释我们所生活的宇宙,它解决不了我们目前存在的任何突出问题。最糟糕的是,它没有对我们必须观察到的东西做出具体的预测。

    那么,当我们把这一切放在一起时,那意味着什么呢?这意味着多宇宙——假设我们目前对宇宙及其历史的画面是有效的——这可能是真实的。除了我们所能观察到的之外,可能还有更多的宇宙存在,而且可能还有其他的宇宙从其他大爆炸开始,永远不会与我们自己的宇宙相互作用。

    但这也意味着它超出了可测试性的范围,甚至在法则上也是如此。我能想到的唯一办法是恢复膨胀状态,将多个被拉伸到不同膨胀区域的观察者纠缠起来,看看膨胀是否在不同时间结束,并产生不同的东西,假设当你打破量子纠缠时,你可以了解到一些东西。(我不确定你能不能。)

    多元宇宙并不是科学理论,只不过是有物理动机的“形而上学”

    这需要在大爆炸中幸存下来,记住你,所以祝你好运。除非你能,我持怀疑态度:多宇宙可能是有趣的,是物理学必然理论结果。但是,除非我们能够对其进行科学测试,否则,它还不足以成为科学,也许我们永远也做不到。这是一个理论猜想,一个有意义的,但它不是一个科学的理论,由于宇宙的局限性,它可能永远不会被探测和验证。

    那是什么?这可能是我们即将理解的新一类主题:这是我们所遇到的第一个有物理动机的“形而上学”。我们第一次认识到了宇宙的局限性,宇宙中的信息,以及这对我们了解宇宙的意义。第一次,我们了解了宇宙的极限,宇宙中的信息,以及这对我们了解它的意义。除此之外?在那之后?也许这就是形而上学的真正开始,也许这才是多元宇宙永远存在的地方。

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