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第7章 时空之谜(2)

平行空间理论

有时科学所推论出的许多场景,让唯物主义者听起来像是地道的迷信,不知是否有人能从中给自己找出什么理论上或对现实生活以什么“活生生”的解释。但理论是真实的,而理论推断出的结果却是“想当然”。有些科学家提出新的观点:我们生存的空间并不是唯一的,而是有另外一个或者几个同时存在的空间,它们彼此间平行,互补相扰,但是它们当中发生的事情却是相似的。这就是著名的令人惊奇的平行空间理论。

让我们先来看一个著名的“祖母悖论”。其大意是说:如果我们通过时空隧道回到了过去,遇见了我们的祖母,而我们又不幸害死了祖母,那么既然祖母在年轻的时候就死了,未来的我又从哪里来?既然没有了我,我又怎么会回到过去害死祖母?这样便产生了一个悖论。这个悖论是建立在爱因斯坦的广义相对论的基础上。广义相对论认为我们的宇宙是平行相通的,可以通过孔洞回到过去。正如所设想的一样,如果回到过去成立,就必然产生上述的悖论。在爱因斯坦的狭义相对论中,我们又被告知时间和空间是彼此联系的,由于光速恒定,所有运动,甚至时间本身都必须与之相对应,由此时间也是相对的。于是,人们为解释上述悖论,提出“平行宇宙”的概念,这就是霍金的“平行空间理论”。是否有另一个你正在阅读和本文完全一样的一篇文章?那个家伙并非你自己,却生活在一个有着云雾缭绕的高山、一望无际的原野、喧嚣嘈杂的城市,和其他七颗行星一同围绕一颗恒星旋转,并且也叫做“地球”的行星?他(她)一生的经历和你每秒钟都相同。然而也许他(她)此刻正准备放下这篇文章而你却打算看下去。

这种“分身”的想法听起来奇怪而又难以置信,但似乎我们不得不接受它,因为它已为各种天文观测的结果所支持。如今最流行同时也最简单的宇宙模型指出,离我们非常遥远之处存在一个和我们的银河一模一样的星系,而那其中正有个一模一样的你。虽然这距离大得超乎人们的想象,却毫不影响你的“分身”存在的真实性。该想法最初起源于很简单的“自然可能性”而非现代物理所假设:宇宙在尺寸上无限大(或者至少足够大),并且像天文观测指出的那样——均匀地分布着物质。既然如此,按照统计学规律便可以断定,所有的事件(无论多么相似或者相同)都会发生无数次:会有无数个孕育人类的星球,它们之中会有和你一模一样的人——一模一样的长相、名字、记忆甚至和你一模一样的动作、选择——这样的人还不止一个,确切地说,是无穷多个。最新的宇宙学观测表明,平行宇宙的概念并非一种比喻。空间似乎是无限的。如果真是这样,一切可能会发生的事情必然会发生,不管这些事有多荒唐。在比我们天文观测能企及范围远得多的地方,有和我们一模一样的宇宙。天文学家甚至计算出它们距地球的平均距离。你很可能永远见不到你的“影子”们。你能观测到的最远距离也就是自大爆炸以来光所行进的最远距离:大约140亿光年,即4×1026米——定义了我们可观测视界的大小,或者简单地说,宇宙的大小,又叫做哈勃体积。同样,另一个你所在的宇宙也是个同样大小的球体。以上便是对“平行宇宙”最直观的解释。

每个宇宙都是更大的“多重宇宙”的一小部分。如果从普朗克常量来解释目前的宇宙,我们更容易论证平行宇宙存在的可能性。所谓的普朗克常量,就是最基本的能量表示单位。我们所存在的这个星球上,每个物质都有小到不可划分的单位,我们通常用原子来表示这个最小单位,同样,每个物质都有能量,有的能量大,有的能量小,那么能量也应该有个最小的单位,物理学上把这个最基本的能量单位称为普朗克常量。任何物质所包含的能量都是普朗克常量的整倍数,不过这仅仅局限于我们所存在的这个世界。如果,我们把这一规律无限地延展,势必会有一个普朗克常量不是我们所认知的普朗克常量的世界存在。比如用“1”来表示我们所知世界的普朗克常量的数值即“普朗克常数”,如果另一个世界的普朗克常数的取值是“2”,那么另一个世界就是建立在普朗克常数为“2”的基础之上。而从1到2之间又有无数个可取的值,因此可能平行存在的世界也就应该是无穷无尽。可是我们为什么看不到它们,感觉不到它们,如果位置重叠,我们和它们相遇而看不到对方,会不会撞在一起呢?答案是否定的。

最能直接表示两者之间关系的例子就是奇数与偶数。奇数与偶数之间不会有交点,永远这样平行存在着,所以他们相遇时会毫无阻碍地穿过对方队列,即不可能感知对方,更不可能相撞。同样,普朗克常量不一样的两个世界就如一排奇数和一排偶数,是能量最小单位的不一样把我们分在了两个空间,不可能感知对方,更不可能相撞。虽然理论上这样的时空可以生成无穷多个,但并不能真的像奇数与偶数一样可以从中取出多个值。通过解普朗克常量方程,科学家们只能得出方程的几个合理的解,由此可以构造出几个可能存在的平行空间。但在量子物理学不确定因素的影响下,这些平行空间也可能是不稳定的,如果由这些不确定的普朗克常量构成的平行空间,就存在消亡的可能。那么,对于“祖母悖论”而言,也可以这样认为,宇宙有无数个平行的空间,于是也就能产生无数个并行的时间。即使我们不幸害死了祖母,在这个时空的我就不可能存在,而另一个时空的祖母还活着,于是我也还存在。按此说来,平行宇宙也无所谓“前置”与“后置”之分,任何物质都在运动,都在分化,小到一个粒子,无时无刻,说分就分,世界也因此一直在分化。

比方说走路,我在路上走着,前方随时可能出现两条路,我在思考是选择走左边还是选择走右边?于是,世界在我的选择中一分为二,一个我走了左边,另一个我走了右边,这一分化便决定了我这个世界可能的命运,选择走左边的我下一秒钟可能遇到一个乞丐,于是,世界又开始分化,我又得决定是否需要施舍;走右边的我可能遇到一位妙龄女郎,从而有机会与她结伴同行。是不是很奇妙呢?命运因选择而有了不同的结果。这一点,在尼古拉斯·凯奇主演的科幻电影《预见未来》中得到了淋漓尽致地体现。说到因果关系,我们会想到“蝴蝶效应”。引用网上的解释,“一只南美洲亚马孙河流域的蝴蝶,偶尔扇动几下翅膀,可能引起美国德克萨斯的一场龙卷风。其原因在于:蝴蝶翅膀的运动,导致其身边的空气系统发生变化,并引起微弱气流的产生,而微弱气流的产生又会引起它四周空气或其他系统产生相应地变化,由此引起连锁反应,最终导致其他系统的极大变化。”用辩证法来说:事物是普遍联系的。如果追述宇宙起源于一场大爆炸,那么大爆炸一瞬间的动能、方向、速度等等,决定了之后所有发生的事物,或许也决定了你我的出生和死亡。这样想一想,我们的现实世界也充满了无比的乐趣呢!不过,一切都不是定数,因为量子物理学中也有着不确定性。如一个电子撞击一个质子既可能转向左边也可能转向右边,因无法把握这种不确定性,因此,电子转向左边或转向右边的两种可能性,也就形成了两个平行的宇宙世界。

弯曲空间之谜

宇宙是检验人类所发现物理定律的最严肃的法官,被人们奉为金科玉律的牛顿三定律和爱因斯坦的相对论,目前都被证明是不完整的,都不是无懈可击的。曲率——不处处为零的空间称为弯曲空间。初等平面几何所研究的对象是欧几里得空间(欧氏空间)。这种几何的最重要性质之一就是平行线公设:通过给定直线之外的任一点,可作一条直线与给定直线平行。这个公设在弯曲空间中并不适用。天体物理中常遇到的弯曲空间是黎曼空间。它的一种特例是常黎曼曲率空间。黎曼曲率K等于常数1、-1和0的空间分别叫作黎曼球空间、罗巴切夫斯基空间和欧氏空间。所以,欧氏空间可看空间弯曲理论作黎曼空间的特例。局部黎曼空间可以看作由局部欧氏空间弯曲而来,而大范围的黎曼空间常常不可能从欧氏空间弯曲得到。从物理学的角度看,时空的弯曲性质依赖于物质的分布和运动。爱因斯坦的广义相对论给出时空与物质之间的关系和它们的运动规律。

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