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第33章 平行宇宙3（第1页）

第33章平行宇宙3

第二层：后暴胀泡沫

即其他后暴胀泡沫，具有不同的有效物理定律、物理常数、时空维度、粒子种类。

若觉得第一层平行宇宙太大，简直无法容忍。那么试着想象一下无穷多个完全不同的宇宙（每个在图1.1用一个泡沫表示），这些宇宙甚至有不同的维度和物理常数。这就是现在流行的混沌暴胀理论所预言的，我们称之为第二层平行宇宙。这些宇宙属于不同的范畴，离开得比无限远还要遥远，也就是说即使你以光速前进无穷长的时间也到不了那里。原因是，我们的第一层平行宇宙团和邻近的第一层平行宇宙团之间的空间仍在暴胀，空间延展和创造新体积的速度远大于你能穿过它的速度。不过，你可以到达任意远的第一层平行宇宙，只要你足够耐心，而且宇宙膨胀减速的话。

第二层平行宇宙的存在的证据

到20世纪70年代，大爆炸模型，已经被证明是一个成功解释了我们宇宙的大部分历史的理论。它揭示了原始火球怎样膨胀并冷却，在40万年后怎样变得透明，怎样发出宇宙微波背景辐射，并通过引力聚集过程形成密度起伏，产生了星系、恒星和行星。但仍然存在恼人的问题，最初到底发生了什么。是无中生有吗。所有那些超重粒子，例如粒子物理预言的磁单极子，早期时应该在哪里被创造（“磁单极子疑难”）。为什么空间是现在这么大，这么老，这么平坦，而一般的初始条件都预言在10-42秒量级之后，弯曲度会随时间增长，密度要么趋于0要么趋于无穷大（“平坦性疑难”）。是什么机制导致了没有因果联系的空间区域上CMB温度都是基本一致的（“视界疑难”）。又是什么机制产生了在10-5水平上的原始密度起伏，从而长出所有宇宙结构。

暴胀过程一举解决了所有这些疑难，成为关于宇宙极早期的最流行理论。暴胀是空间的快速拉伸，它稀释了磁单极子和其他残余物，使空间就像一个膨胀气球的表面一样平坦均匀，并使量子真空波动演变成宏观大的密度波动从而形成星系。从一开始，暴胀就通过了附加的检验：CMB观测显示，空间是极端平坦的，并测出初始波动具有近乎随尺度不变的波谱，没有物质的引力波成分，所有这些都和暴胀所预言的完全一致。

暴胀是很多基本粒子理论中的普遍现象。在流行的混沌暴胀模型中，暴胀在空间的某些区域停下来，使得我们所知的生命能够出现，同时量子波动导致其他区域暴胀得更快。本质上，一个暴胀中的泡沫产生出其他暴胀泡沫，这些暴胀泡沫再产生更多的泡沫，从而形成无限的连锁反应。暴胀停止的泡沫就是第二层平行宇宙的构成元素。每个泡沫在尺度上都是无限的，而因为永不停止的连锁反应，泡沫数量也是无限的。（虽然泡泡宇宙的产生能以2^n的形式增长，而n趋势于无穷，这或许与整数集的取幂很像，但这依旧是可数无穷的。）在这种情况下，同样不存在时间的开端和绝对的大爆炸：过去、现在和将来都永远只是存在无数的暴胀泡沫和后暴胀区域，就像我们居住的地方一样，形成一个分形图样。

第二层平行宇宙是什么样的

大家普遍认为，人们观察到的物理，只是一个更加对称的理论的低能极限，这个理论只在极端高温下才起作用。基础理论也许是二维的，超对称的，包含自然界四种基本作用力的大统一。这种理论的一个共性是，驱动暴胀的场的势能有着几个不同的最小值（被称为“真空态”），相应于破缺对称的不同途径，也相应于得到的不同的低能物理。例如：可以把除三个空间维度之外的所有维度都卷起来（“压缩”），形成有效的三维空间，就像我们所处的空间一样。或者也可以把更少的维度卷起来，留下一个七维空间。驱动混沌暴胀的量子波动可以造成各个泡沫中不同的对称性破缺，导致第二层平行宇宙中不同的成员具有不同的维度。在粒子物理中观测到的很多对称性，也来自于对称性破缺的具体途径，所以，也许存在只含有两代而非三代夸克的第二层平行宇宙。

除了维度和基本粒子这些离散的特性之外，我们的宇宙还被一组无维度的数——物理常量所刻画。其中包括电子质子质量比

1836，即宇宙学常数，它在普朗克单位中约是10-123。有模型显示，这样的连续参量在各个后暴胀泡沫中互不相同【注】。

注：虽然物理基本方程在所有第二层平行宇宙中都是一样的，但支配我们观察到的低能世界的近似有效方程却是不同的。例如，从一个三维空间移到（非压缩的）四维空间，会改变观察到的引力方程，从一个反平方定律变成一个反立方定律。同样，用不同方式破缺粒子物理中的基本对称性，会改变基本例子的排列以及描述它们的有效方程。但是，我们会等到第四层平行宇宙中再使用“不同的方程”和“不同的物理定律”，在那里不只是近似方程改变，基本方程也发生了改变。

这样，第二层平行宇宙就可能比第一层平行宇宙更为多样化，不仅初始条件不同，而且维度、基本粒子和物理常数都不相同。

在继续之前，先来评论一下几个密切相关的平行宇宙概念。首先，如果能存在一个第二层平行宇宙，并不断以分形的形式自我复制，那么将会出现无限多个完全分离的其他第二层平行宇宙。但是，这些宇宙变体是不可检验的，因为它既没有增加任何实质上不同的世界，也没有改变它们所含物质的概率分布。在每个第二层平行宇宙中，所有可能的初始条件和对称性破缺都已经实现了。

托尔曼和惠勒教授层提出一个想法，（第一层）平行宇宙是周期性的，要经历一系列无限的大爆炸。这个想法已经被斯坦哈特和图尔克阐明了。如果确实存在，那么这些不同时期的集合也形成了一个多元宇宙，可以证明，它和第二层多元宇宙有着相似的多样性。

斯莫林（Smolin）也提出过一个想法，一个和第二层多元宇宙的多样性相似的集合，但不是在暴胀中，而是通过黑洞、变异和产生的新的宇宙。这就预言了一个自然选择的形式，倾向于产生最多黑洞的宇宙。

在膜世界的设定中，存在另一个和我们的世界非常类似的三维世界，只是在高纬上有一定差别。但是这样一个世界（“膜”），是否可以被称为和我们的世界不同的平行世界还不一定，因为我们也许能够用引力和它相互作用，就像我们跟暗物质那样。

微调和选择效应

物理学家不喜欢没有解释的巧合。确实，他们把这一点作为排除各种模型的证据（图1.3）。先前可以看到，开放宇宙模型如何以99.9%的置信率被排除，因为它暗示了观察到的CMB波动图样是极端罕见的，是千分之一的巧合，在所有哈勃体积中只有0.1%的可能发生。

图1.3

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