宇宙中存在另一个你吗？——关于平行宇宙的几点设想

平行宇宙是一个被很多人使用的词，但并不是每个人说这个词的时候意思都是一样的。读者克里斯·奥尔森写信来，特别询问了两个不同的意思：永恒的量子力学和永恒的膨胀之间有什么联系？如果存在的话，又是以什么方式联系的。我们能区分它们各自所暗示的平行宇宙吗？

对于人们所说的“平行宇宙”(Multiverse)与“宇宙”(Universe)相对立的含义，有很多不同的可能性，所以让我们来分析一下，从最不保守的(新假设最少的)开始，然后继续讨论越来越多的推测性。

1）我们无法观测到的宇宙。当我们说到“宇宙”时，我们通常指的是我们可以观测到的宇宙。由于宇宙中我们知道和认识的宇宙始于一个事件我们知道热大爆炸,——大约138亿年前,一个热的、稠密的、充满物质和辐射的宇宙在它自己的重力作用下出现，并开始膨胀、冷却和坍缩成块。我们所能看到的东西基本上是有限的。信号可能就在那一刻出现，以光速毫无阻碍地穿过不断膨胀的宇宙，然而，信号可能经过的距离是有限的。在我们的宇宙中有常规物质，暗物质，暗能量，中微子，辐射和我们所知道的一切，这相当于461亿光年的距离，以我们为中心。

图片来源:维基共享用户弗雷德里克·米歇尔和阿兹科尔文429，由我标注。

但是，我们没有理由相信宇宙的空间不够大。我们所知道的不可观测的宇宙还没有足够的时间到达我们这里。随着时间的推移，越来越多的宇宙将在我们的有利位置呈现给我们，甚至包括暗能量。但是还有多少呢?根据我们所能观测到的空间曲率，与我们所能观测到的相比，存在的东西在所有维度上至少是我们所能观测到的东西的250倍，这意味着宇宙的体积是我们所能观测到的空间的(250^3)或超过1500万倍。它甚至可能是无限的，尽管我们不确定。然而，这只是平行宇宙最保守的版本:更多像我们这样的东西。但也有可能…

图片来源:博克等人(2006,astro-ph/0604101)；E. Siegel修改。

2）在膨胀结束的地方有不同的宇宙“口袋”。大爆炸可能是我们所知的“我们的”宇宙的开端，但不可能(也不准确)向后推断出一个任意热的、稠密的状态。相反，我们知道(从宇宙微波背景)宇宙在大爆炸时达到的最高温度不超过10^3 K。目前看来这是一个很大的数字，但是它的高温热还未到达到普朗克尺度，一个奇点，或者导致我们所知道的物理定律失效。它告诉我们的一件事是，在大爆炸之前，还有别的东西，与我们所认为的宇宙膨胀的初始条件相一致。膨胀只是宇宙大爆炸之前的一段时间，是大爆炸创造了宇宙。

被拉伸的平面，在膨胀结束之前产生的所有残余粒子都是空的，到处都有相同的温度和能量密度，包含了一个均匀的波动谱。膨胀就像一个滚下山的球，只是它是一个量子球，所以它会(或不会)滚下山的每个位置都有概率。

图片来源:E. Siegel。当一个球滚进山谷时，宇宙膨胀就结束了。但膨胀领域是一个量子领域(中间)，随着时间的推移而扩散。虽然空间的许多区域(紫色、红色和青色)将看到通胀结束，但更多区域(绿色、蓝色)将看到通胀持续，可能是永恒的(底部)

在膨胀停留在山顶而不是下降的地方，膨胀继续，创造了越来越多(膨胀)的空间。当它滚下山坡的时候，膨胀就结束了，产生了热的大爆炸。虽然膨胀在大约138亿年前就结束了，但期望它在所有地方都结束是不合理的。相反，空间的某些区域将永远继续膨胀。只要空间膨胀的速度大于口袋膨胀结束的速率 (在所有模型中均如此),同时会有无数的“大爆炸”彼此分离, 同时，膨胀也会在一些地区持续，在这些地区，膨胀不会永远持续下去。

图片来源:E. Siegel。即使在任何给定的时间内，任何一个区域的膨胀率可能会超过50%(用红色的X表示)，但仍有足够多的区域会持续扩张，以至于膨胀率会持续一段时间，没有两个宇宙会发生碰撞。

上面红色的X表示通货膨胀结束的区域(就像我们的)，但是有无数个地方膨胀结束。这是一个更大的“平行宇宙”，比第一个版本的“比我们能看到的更多的宇宙”还要大。这也是克里斯提到的平行宇宙的第一个:永恒的膨胀。

3）在平行宇宙不同部分的另一个版本你。在我们可观测的宇宙中大约有10^90的粒子(包括光子和中微子)，它们都经历了与许多其他粒子的相互作用和碰撞。他们有自己的位置和时刻，他们有自己独特的历史，其中大约有10^28个结合在一起，现在，造就了我们每一个人。如果我们计算膨胀期间宇宙膨胀的预期速率，设想在我宇宙的整个历史(138亿年)中大部分空间一直以这个速率膨胀，我们就可以计算出有多少个可能存在的宇宙与我们的宇宙相似。

我们可观测宇宙的历史。图片来源:欧洲航天局和普朗克合作，E. Siegel修改正确性。

这是一个很大的数字！实际上，我们讨论的至少是10^10^50个宇宙，它们的初始条件可能和我们的宇宙非常相似。这是10 ^ 100000000000000000000000000000000000000000000000000宇宙, 这可能是你能想到的最大的数字之一。然而，有一些更大的数字描述了粒子相互作用的可能结果；记住，如果你想要得到一个完全相同的你，你需要整个宇宙的历史以完全相同的方式展开，直到你决定了其中的一种方式。

接受那份工作，买那栋房子，亲吻你喜欢的人，或者任何其他你做过(或没有做过)的决定。

我们的宇宙有很多粒子:大约10的90次方。每次两个粒子相互作用，不仅会产生一种可能的结果，而是会产生一个完整的量子谱。尽管情况很糟糕，但还有比(10^90)更多的方法!宇宙中粒子的可能结果，这个数字比微不足道的10^10^50大很多倍。换句话说，在任何宇宙中，粒子相互作用的可能结果的数量趋向于无穷大，由于膨胀，可能宇宙的数量增加得更快。你需要在大爆炸之前一直持续的膨胀才有可能实现，这违反了Borde-Guth-Vilenkin奇点定理，该定理表明膨胀不可能像过去那样完全。换句话说，这似乎不太可能。

量子力学的一种解释(德布罗伊-玻姆)中的量子轨迹。公共领域的图像从维基共享用户Opasson修改由Krzysztof Zajczkowski。

4）你在不同的口袋宇宙的纠缠版本。这就涉及到Chris问题的第二部分:关于Everettian量子力学的部分。假设选项3是正确的，而且在平行宇宙的其他口袋里还有其他版本的你，他们会纠缠在一起吗？量子物理学是开放的解释，这意味着有许多不同的方法(或看待它的方式)给出相同的答案。例如，量子系统要么具有随时间扩散的波函数，在相互作用发生时瞬间崩溃，要么具有在我们沿着这条路走下去时从中选择一个可能结果的集合。休·埃弗雷特(Hugh Everett)的解释——量子力学的多重世界解释——认为，平行宇宙的数量是无限的，无论何时做出决定，我们都会沿着其中的一些路径走下去，而不是其他。所以，在那些宇宙中，你做了(也没做)那份工作，买了(也没买)那栋房子，在关键时刻吻了(也没吻)你的爱人，等等。

图片来源:维基共享用户Christian Schirm。

即使真的有无数的宇宙存在，也没有办法在它们之间制造明显的纠缠，尽管这并不能阻止人们的猜测。这是另一种不可测试的可能性，需要一些非常不寻常的假设。然而，如果我们愿意，我们可以进一步深入平行宇宙的兔子洞。

5)。不同的宇宙有不同的物理定律。这是一个更具投机性的假设:当膨胀结束时，会有多种方式来结束它，从而产生了与我们目前居住的宇宙不同的物理定律和/或的基本常数。这将是一个平行宇宙，其中一些区域会重新坍缩，另一些区域会迅速膨胀，以至于没有恒星或星系会形成；有些没有暗物质，有些则全是暗物质；有些宇宙常数更大或更小，甚至是负的。甚至可能存在与我们的宇宙有着完全不同的粒子和相互作用的宇宙。这是无法测试的。

南达科他州Badlands国家公园的丘陵景观。

公共域图

每一个最小值，也就是一滴水滴落到底的地方，都代表了物理定律和/或基本常数可能出现的不同结果。

从我们所能观察到的情况来看，我们相当肯定选项1是正确的:宇宙比我们所能看到的要多得多。根据我们对宇宙膨胀的了解来看，我们很确定选项2也是正确的：在我们的宇宙之外的一些区域，膨胀在不同的时间结束，每个区域都有自己的大爆炸,以及某些地区膨胀仍在进行中并将永远持续到未来。从我们对不同无穷大的了解来看，我们很确定第三个选项不是真的，因此选项四也不可能是真的。选项五呢？很多人都认同这一点，但没有证据证明这一点，这是不可测试的，而事实是，膨胀结束时远低于普朗克尺度，这让我们有充足的理由相信这是可能的。(然而，许多人会毫不犹豫地继续考虑这个问题。)毫无疑问，平行宇宙几乎是真实存在的，但你设想的平行宇宙版本却使宇宙大不相同。

作者: Ethan Siegel Senior Contributor

FY: -J.Smiley

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