一个困扰爱因斯坦的问题——我们的宇宙是唯一的吗？

据报道，过去曾备受争议的“多元宇宙论”被越来越多的证据所证明，并渐渐成为天文科学界的主流认识。美国哥伦比亚大学教授布莱恩·格林尼认为，目前最新的宇宙学理论研究显示，我们所在的宇宙的确很有可能只是数十亿个宇宙中的一个，也就是说现有的宇宙并非唯一。   “真正令我感兴趣的是，上帝在创造世界时是否有所选择。”著名物理学家阿尔伯特?爱因斯坦曾这样提出关于宇宙是否唯一的质疑。当然他的这个疑问并非是建立在神学基础上的，他是想知道特定的物理学规律是否能证实一直只存在我们所依附的这个充满各类星系、恒星和行星的宇宙。换句话说，这些物理规律是否也能推导出空间中存在具有各种特色的多个宇宙呢？如果答案是肯定的，那么我们通过超强天文望远镜所观测到的广阔宇宙，或许只是一些随机过程的结果，只是从可供选择的多种可能性中筛出的一种。   多方面研究证明空间存在着数不清的宇宙 在爱因斯坦时代，宇宙可能呈现不同形式的说法，一贯被认为是谬论邪说。物理学家们总是将注意力放在“更严肃”的研究上面。然而，最近关于这个问题的研究已从物理学的边缘进入主流。   学者们认为，我们的宇宙不仅可能有不同的特性，还有可能存在其他与我们所处宇宙截然不同的宇宙，这些宇宙由各种粒子组成，受到各种力的控制。由不同宇宙所组成的更广阔宇宙，被称为“多元宇宙”，这是近几十年来物理学领域所出现的最具争议的概念之一，引发了两种观点的激烈争论：一种认为“多元宇宙”是人类对客观世界认识的下一个阶段，一种则坚持这种说法完全是无稽之谈。那究竟这种说法是否有所依据呢？首先我们得从研究宇宙大爆炸来获取答案。   “弦理论”   核心：可推出“多元宇宙”的存在重大发现：我们只是住在很多平面上的一个面   布莱恩·格林尼在文中提到，解读“多元宇宙”的关键是“弦理论”，在过去的25年间，他一直致力于研究“弦理论”。简单地说，弦理论正试图解决物理学中已广被认可的两个理论之间的矛盾：量子力学和广义相对论。   格林尼表示，“爱因斯坦的相对论解释了巨大物体的运动。量子力学在解释微小物体运动的时候发挥着重要作用。两者在各自领域的作用无与伦比，但被放在一起时，它们就互相对抗矛盾，连数学的解释方式也失去了作用。”   格林尼说，“我们研究弦理论时发现了多元宇宙，弦理论里讨论的弦不光是理论定义，也包括一些看起来像大的飞毯或者薄膜的二维平面。根据弦理论，我们只是居住在很多这样的巨型平面中的一个上面，其他地方可能还漂浮着别的薄膜。”   其基本观点就是，自然界的基本单元不是电子、光子、中微子和夸克之类的粒子。这些看起来像粒子的东西实际上都是很微小的弦的闭合圈，称为闭合弦或闭弦，闭弦的不同振动和运动就产生出各种不同的基本粒子。尽管弦论中的弦尺度非常小，但其基本原理预言，存在着几种尺度较大的薄膜状物体，直观地说，我们所处的宇宙空间也许就是九维空间中的三维膜。   “宇宙大爆炸”   核心：广义相对论星系拉扯膨胀未解之谜：什么造成了爆炸？   在1915年，爱因斯坦发表了他最重要的理论广义相对论，这个发现堪称是数学美学上的奇迹。它提供了可以精确解释从行星沿特定轨迹运动而引发的一些现象。此后不久，更多的数学分析得出结论，“空间本身一直在膨胀，将众多星系互相拉扯开来。”尽管爱因斯坦一开始不能接受由广义相对论所引出的这个惊人结论，但后来人们对远太空的进一步观察逐渐证实了该结论。   1929年，美国天文学家爱德文?哈勃提出，曾经的宇宙比现在小得多，所有我们现在能看到的组成行星、星系甚至太空的物质，都是压缩成无限小的颗粒，后来经过向外不断膨胀，进而发生爆炸，才导致了今天我们所知的宇宙，这就是著名的“宇宙大爆炸”理论。   “暴胀宇宙论”   核心：大爆炸源于“宇宙燃料”的存在未解之谜：究竟是何种“燃料”？   然而，科学界一直都清楚，“宇宙大爆炸”理论存在着一种重大缺陷，它没法解释到底是什么引发了大爆炸。在上世纪80年代，物理学家阿兰?古斯对大爆炸理论做出了补充，提出一种叫做“暴胀宇宙论”的模型，假设了大爆炸是因为“宇宙燃料”的存在。古斯分析，随着太空的膨胀，“宇宙燃料”会不断自我补充，因此这种“燃料”几乎用之不竭。这也说明，宇宙大爆炸并非是单一而独特的事件，“宇宙燃料”能引发人类所在宇宙的膨胀与爆炸，也同样能造成其他爆炸，而每次爆炸都能产生特有的宇宙。   “多元宇宙论”   核心：“暗能量”就是宇宙燃料未解之谜：暗能量密度大小前后矛盾   不可否认，宇宙膨胀，甚至爆炸是科学界的革命性发现，但它并没有解决所有的问题。比如，地球或者一个星系的重力形成的拉力，会减缓整个宇宙空间的膨胀。然而，在上个世纪90年代，两个科学小组经研究发现，宇宙膨胀的速度并没有减缓，并且在大约70亿年前进入了超速膨胀阶段，这个速度还一直呈加速度状态。那么，到底是什么力量让星系越来越快地互相脱离呢？用广义相对论来解释，只能得出宇宙中存在着“暗能量”的设想。   根据此设想，科学家开始推算在宇宙膨胀加速过程中需要“暗能量”的数量，由此又发现了一个难以解释的问题：“暗能量”在宇宙中的密度极小，但通过物理定律来推算，“暗能量”的密度却比所观测到的结果大得多！   这一矛盾的研究结果，只能令科学家们转而寻找另一种截然不同的解释方法，其中之一就是有多个宇宙的存在，这样确实有助于解释暗能量的秘密