Filter4Cam 學習之 Parallel Universe 1

since: 2012/01/22
update: 2012/01/22
reference: The Universes of Max Tegmark
                    -> 主要參考: The Multiverse Hierarchy (a 2009 update)

多重宇宙階系(The Multiverse Hierarchy)

A. 前言
     1. 平行宇宙(Parallel universes) 目前已在書籍, 電影中大量盛行, 甚至是笑話: 你在許多
         平行宇宙中通過了考試, 但不是目前這一個. 然而, 它們的爭議性也隨同流行度而
         上升. 並且重要的問題是: 它們是隸屬於科學的範圍內, 或只是無聊的推測. 自從許多
         被提出來議論的不同類型平行宇宙, 忘了區別它們也造成了困惑的來源.

   2. 自從大爆炸擴張開始, 距離上最遠可以觀察到 140 億光年. 最遠可以看到的物體目前
        約為 4 * 10 的 26 次方公尺遠(說明: 因為宇宙的膨脹, 在發射的光線到達我們之後,
        我們所能看到的最遠距離已經縮減, 目前約為 400 億光年遠), 並且(半徑)周圍的球體
        定義了我們所看見的宇宙, 也稱為我們的哈伯容積(Hubble volume), 視野容積
        (horizon volume)或簡單地稱為: 宇宙. 在這篇文章中, 會審視物理學上涉及到平行
        宇宙的理論, 形式上表現出合乎常情的 4 個級別的多重宇宙階系, 其允許逐漸增加
        較大的多樣性.

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B. 多重宇宙級別簡介

     1. 等級ㄧ: 在我們宇宙的水平分佈更遠處的範圍
        一般對宇宙論膨脹的預言是歷經多態的無窮太空, 其包含了哈伯容積所了解到的所有
        初始狀態 - 包含: 在 10 的 10 次方的 29 次方公尺遠處, 找到與你相同的複製品.

        特徵: 相同的物理法則, 不同的初始狀態.

        假設: 無限的太空, 多態的物質分佈.
        跡象: a. 宇宙微波背景輻射測量結果指出宇宙早期為平坦分佈的.
                   b. 無限的太空, 大規模的平滑.
         ---- 最簡單的模型

     2. 等級二: 其它在後方膨漲的氣泡
         給定基本的物理法則, 比如物理學家有一天希望能在 T-shirt 上用方程式來捕獲;
         不同範圍的空間能夠顯出有效的物理法則(物理常數, 維度, 粒子內容, 等等)對應
         到不同地區的最低限度之可能性.

        特徵: 相同的基本物理方程式, 但可能擁有不同的物理常數, 粒子, 維度.

        假設: 混亂的膨脹發生.
        跡象: 膨脹理論解釋了平坦的空間, 無變化級別的波動, 解決水平問題以及磁單極問題
                  並且能夠自然解釋諸如氣泡.
         ---- 解釋了優化的參數

     3. 等級三: 量子物理的多重世界
        在統一的量子力學中, 其它波函式的分支從本質上來說無法新增事物, 以歷史觀點
        來看出乎意料的最具有爭議性.

        特徵: 與等級二的特徵相同.

        假設: 一元化的物理.
        跡象: a. 單一物理的實驗性支持.
                   b. AdS/CFT對偶, 假設甚至連量子重力都是統一的.
                   c. 去相干(Decoherence)實驗驗證.
         ---- 最簡單的數學模型

     4. 等級四: 其它數學結構
        其它的數學結構, 對先前的 T-shirt 而言, 給予不同的基礎物理方程式.

        特徵: 不同的基本物理方程式.

        假設: 數學上的存在等於物理上的存在.
        跡象: a. 在物理上不合理的有效數學式.
                   b. 回答惠勒( J. Wheeler) / 霍金( s. w. hawking )的問題:
                       為什麼是那些方程式, 不是別的?

     5. 四個級別的多重宇宙階系圖

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C. 討論

   1. 關鍵的問題不是: 因此是否有多重宇宙?(因為等級一是最不具爭論性的宇宙論
       一致模型) 而是有多少個多重宇宙的級別?

   2. 底下, 我們將在尺度上討論爭論的跡象, 並且討論這是科學或是哲學. 目前為止, 關鍵
      之處是要記得: 平行宇宙不是一個理論, 而是一個預知的確信理論. 當我們無法觀察並
      且測試它的所有預測(僅僅至少其中之一), 一個理論就可被曲解. 考慮以下的類推:

      因為愛因斯坦的廣義相對論(General Relativity)理論, 成功地預測了許多我們可以
      觀察到的事情. 我們也對於無法觀測的預測嚴肅地看待, 例如: 在黑洞的事界(event
      horizons) 內部, 空間仍持續著; 以及(相反地, 在早期的誤解)在事界裡沒有事情發生. 

      同樣地, 成功地預測宇宙論膨脹的理論以及統一的量子力學(數學上最簡單的量子力學
      版本就是一元化的, 缺乏爭論的過程: 波動方程式崩潰), 已使一些科學家嚴肅地面對
      其它的預測, 包含多種類型的平行宇宙.

   3. 在探究細節前, 讓我們用二個告誡的評論作為達成協議. 傲慢與缺乏想像力會多次地
       讓人低估巨大的物理世界, 並且僅僅因為無法站在有利位置觀測, 而不加考慮事情, 這
       讓人聯想到鴕鳥將頭埋在沙中. 此外, 最近的理論指出大自然可能正在欺騙我們.

       愛因斯坦教我們空間並非只是一個無聊的靜態空白, 而是一個動態的實體, 能夠延伸
       (擴展的宇宙), 顫動(重力波)並且彎曲(引力). 尋找大統一理論也提議空間能夠"凍結",
       有可能在地上於不同的相(phases)之間轉換, 就像水可以是固態, 液態或氣態. 在不同
       的相中, 有效的物理法則(粒子, 對稱性)就可能不同了.

       一隻未曾離開過大海的魚, 可能錯誤地斷定水的性質是一種普遍現象, 沒有瞭解到
       還有冰及蒸氣的存在. 我們可能比魚還聰明, 但是可能會有類似愚蠢: 宇宙論的膨脹
       擁有騙人的特性: 在特定的階段延伸一小片的空間, 所以它填裝我們整個可觀察的
       宇宙, 這是潛在地欺騙我們. 去誤解了我們當地的情況對宇宙律而言, 應該會在那件
       T-shirt 上發生. 備註: 膨脹是在星系與星系(或星團與星團)之間的空間膨脹.