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開卷筆記 – 平行宇宙

parallel-worlds

這本加來道雄的作品不算新,寫在十年前,但上年才出中文版本,談的是宇宙學。作者本身是弦理論的學者,自然就會介紹這理論可以如何解釋宇宙起源和終局,他也將一直以來種種有關宇宙的理論、模型、學說,在研究上的努力,娓娓道來。當中觸及許多物理知識重力、量子理論、標準模型、統一場論等等,非常豐富。而將來的研究,作者談我們可以有甚麼測量來引證理論的正確。其中一項,便是近日大家談論的重力波。

現在流行學說是大霹靂和暴脹論,與我們所觀察到的數據相符。星體紅移讓我們知道宇宙正在擴張,從而聯想到其初始狀態,是很高溫很濃縮的,然後一個爆炸開來宇宙開始擴展。而暴脹論則符合現時我們對宇宙微波背景幅射的觀察,並解決了一些大霹靂的問題,例如宇宙曲率接近零、找不到磁單極、假真空等等。有說大霹靂是時間的開始,但也有物理學家覺得大霹靂是有「之前」的。若假設宇宙的暴脹並非單一事件,而是仍然在作用,可以想像宇宙不斷創新的過程,像泡泡一樣不斷地長出新的來,而我們的宇宙也可能是由其他宇宙創新出來。在此假說下,可以有不同宇宙同時存在,不過他們並不知道彼此,是為平行宇宙。

宇宙開始時是如此的小,所有的力理應是統合在一的,然而我們卻始終沒有統合之理論。弦理論以高維數學解決統一場論的問題,現在的標準粒子模型可以統合強力、弱力和電磁力,卻始終難以納入重力。重力比其他三種力都弱得多,一旦引入便會常常出現無窮大的數。弦論以弦的震動為基礎,可以以不同的震動來描述標準模型裏的各式粒子,亦能納入重力而不至產生無窮大,因為弦是有限的小(普朗克長度)。弦論最前緣的版本是M理論,M即膜也,使用總共十一維度而成為終極理論。在M理論中,宇宙的創新可以未必是暴脹,而是由膜互相碰撞而成的泡泡。在這個高維度的膜世界裏,泡泡此起彼落,宇宙生生滅滅。唯膜理論有成千上萬的解,如何調節參數才能得出我們的宇宙,尚未可知。

多重宇宙解決了蒒定諤貓的問題,亦即微觀世界與宏觀世界的牆,世界何以用波函數來代表?一隻貓何以又死又生?若說觀察令波函數塌縮,推下去必有一個終極觀察者存在。多重宇宙者認為波函數沒有塌縮,而是生成另一個宇宙了,世界就是這樣無限無終地分支下去,並不需終極觀察者。

多重宇宙的討論也關係到終極設計者的問題,即人擇原理。多重宇宙各有不同物理常數,生成不同的世界,卻往往條件不適合於人類,事實上如此看的話人類出現的機會是微乎其微的。人擇原理會說我們存在之以宇宙存在,或者真有終極的設計匠。多重宇宙的看法是,既然我們可以視宇宙為波函數,那麼就算機會微乎其微,這麼一個獨特的宇宙也有機會存在的。

弦論也好,高維度的存在也好,我們是很難測到的。現在的重力波探測器可以 LIGO 以至太空版本的 LISA 將可驗証暴脹說,若暴脹真有發生那麼就會看到當時的重力波。重力波的探測器是極其敏感的,週圍環境的震動那怕只是海浪拍岸,都會影響探測。另一方面的高能量實驗就是強子撞擊器 LHC,有望可以找到帶來質量的希格斯粒子,並宇宙始創時的一些情況,以及可能找到的超對稱性的証據。還有一個方向是卡西米爾之板,用以探測微觀世界的重力情形,或可揭示高維度的存在。

我們既關心宇宙的開始,也自然關心其終局。在熱力學第二律下,我們似乎仍難逃熱寂,所以星系都用盡能量,不再發光,只剩無生命的矮星、中子星與黑洞,接近絕對零度。另一種看法是大崩墜,即宇宙在擴強到一定程度下,重力終於克服擴張之力,宇宙漸漸塌縮至,我們則會在高熱中燒死。作者提出一些方法,異想天開卻又符合現代科學,讓我們藉著超空間逃離宇宙,到另一個宇宙裏去。當中需要我們有足夠的(負)能量可以操控蟲洞,持續使他們保持隱定地張開。然後以太空級數的粒子撞擊器去建立一個嬰宇宙,並開發出可以宇宙航行的曲速引擎,穿越開口。在較底難度的版本中,我們可以只送資訊過去,在另一邊重造文明。要達到這種程度的科技文明,作者亦劃分了不同文明,第一類文明可有效使用行星能量,第二類文明則可使用所在星系的能量,第三類則可使用不同星系的能量。以此尺度看,我們當然還只是嬰兒罷了。

Jacky14 Mar 16 11:10 pm 寫關於書籍, 科幻, 科技

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