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《机翻》
由于他们的发现,彭齐亚斯和威尔逊获得了 1978 年诺贝尔物理学奖,这是有充分理由的。他们的工作将我们带入宇宙学的新时代,使科学家能够以前所未有的方式研究和理解我们的宇宙。
然而,这一发现也导致了近代历史上最令人惊讶的发现之一:CMB 的独特特征可能是我们拥有的关于多元宇宙—存在于已知宇宙之外的无限世界和外星民族的第一个直接证据。
然而,为了正确理解这一非凡的主张,有必要首先回到空间和时间的起点。
宇宙的历史
根据广泛接受的宇宙起源理论,在大爆炸后的最初几十万年里,我们的宇宙充满了由原子核、电子和光子组成的炽热等离子体,这些等离子体散射了光。
到了大约 38 万年前,宇宙的持续膨胀导致其温度降至 3000 K 以下,这使得 电子与原子核结合形成中性原子,自由电子的吸收使光能够照亮黑暗。
彭齐亚斯和威尔逊以宇宙微波背景辐射（前面提到的 CMB）的形式发现了这一点的证据,它有助于建立宇宙大爆炸理论。
亿万年来,持续的膨胀将我们的宇宙冷却到 2。7 K 左右的温度,但该温度并不均匀。温度的差异是由于物质在整个宇宙中分布不均匀造成的。这被认为是由大爆炸后立即发生的微小量子密度波动引起的。
特别是从南半球看到的波江座的一个地方特别冷,比周围环境冷约 0。00015 度。被称为“冷点”的科学家最初认为它是一个“超类”区域,其中包含的星系比正常情况少得多。
随后,2017 年,英国杜伦大学河外天文学中心的研究人员发表了一项研究,他们认为该研究表明冷斑毕竟不是超级类星体。
相反？这可能是外星宇宙的证据。
达勒姆教授汤姆·尚克斯 “Tom Shanks” 提出了他所描述的对冷斑的更奇特的解释。尚克斯在他的著作中认为,冷点“是由我们的宇宙与另一个气泡宇宙之间的碰撞引起的……冷点可能被视为多元宇宙的第一个证据–并且数十亿个其他宇宙可能像我们一样存在。”
此前,物理学家包括安东尼·阿吉雷、马特·约翰逊和马特·克莱班 已经指出 事实上,我们的气泡宇宙与多元宇宙中的另一个气泡之间的碰撞会在宇宙背景辐射上产生印记。此外,他们指出,它会看起来像一个圆形点,辐射强度水平较高或较低。
Shanks’ 的提议似乎符合要求,但这个特征真的能证明存在无数个超越我们自身的宇宙吗？
多元宇宙的规律如今,有三个主要竞争者可以解释多元宇宙如何运作:哥本哈根解释、“许多世界”或“波函数的分支”解释以及弦理论的“平行膜”。
我们将把弦理论留到另一天再讨论另外两个解释。
对象可能存在的所有可能状态的总和称为对象的 相干叠加, 它由所谓的物体的“波函数”组成。
量子力学需要一个平滑的、完全确定性的波函数—一种数学表达式,它以粒子的位置和特征的多种可能性的形式传达有关粒子的信息。它还需要某种东西来实现其中一种可能性并消除所有其他可能性。
对于这种情况是如何发生的,人们的看法不一,但在最常见的理论,即哥本哈根解释中,这是通过观察波函数或通过波函数遇到“经典”世界的某些部分而发生的。这会导致概率或波函数“崩溃”,并迫使粒子进入一种状态。
哥本哈根诠释是由物理学家尼尔斯·玻尔和维尔纳·海森堡在 20 世纪 20 年代提出的,他们认为粒子只有在经过测量（观察）后才会具有物质存在。
哥本哈根解释本质上是一种捏造,而且对许多人来说,这是一种不令人满意的解释。
1935年,奥地利-爱尔兰物理学家 埃尔温·薛定谔 他通过著名的思想实验“薛定谔的猫”阐明了哥本哈根诠释的问题。
在这个理论实验中,一只猫与一点放射性物质和盖革计数器一起被放置在一个密封的盒子里。如果盖革计数器检测到放射性物质的衰变,就会触发毒气的释放,从而杀死猫。
当盒子被密封时,猫处于同时活着和死亡的叠加状态。只有当盒子打开时,猫才会被迫进入一种或另一种状态。薛定谔指出,这是荒谬的,量子叠加不能适用于猫等大型物体,因为生物体不可能同时活着和死去。因此,他认为哥本哈根解释本质上一定存在缺陷。
提出了哥本哈根解释的多种替代方案。例如,阿尔伯特·爱因斯坦和大卫·玻姆等人倡导的‘隐变量’方法建议将波函数视为临时修复,直到物理学家最终找到更好的方法。海森堡晚年提出,问题在于我们对现实本身的概念。他认为波函数代表了现实的“中间”水平。
最直接的方法可能是 “多世界”解释”MWI）于 1957 年由普林斯顿大学研究生休·埃弗里特 Hugh Everett 首次提出。埃弗里特正在学习物理学 约翰·阿奇博尔德·惠勒, 他将宇宙结构设想为一个翻腾的、量子涨落的亚原子领域,他称之为“量子泡沫”。
在他的论文中,题为 通用波函数理论, 埃弗里特认为,通用波函数是真实的,不会像哥本哈根解释那样崩溃。在这种情况下,量子测量的每一个可能结果都会在某个“世界”或宇宙中实现,按照这种逻辑,一定存在非常大或无限数量的宇宙。
埃弗里特对量子物理学的多世界解释几乎没有得到更广泛的物理学界的支持,埃弗里特的整个职业生涯都在学术界之外度过。埃弗里特坚信他的理论,他想吃什么就吃什么,每天抽三包烟,酗酒,拒绝锻炼。1982年7月,休·埃弗里特因心脏病突然去世,享年51岁。
根据他的指示,埃弗里特被火化,骨灰被扔进垃圾桶。1996年,埃弗里特的女儿伊丽莎白自杀了,她的遗书中说,她也希望将自己的骨灰扔进垃圾桶,这样她就可以“最终进入正确的平行宇宙与[与]爸爸见面。”
埃弗里特的儿子, 马克·奥利弗·埃弗里特 后来组建了摇滚乐队“The Eels”,他们的音乐经常充满家庭、死亡和失去爱情的主题。
史蒂芬·霍金与多元宇宙英国著名物理学家史蒂芬霍金因患有肌萎缩侧索硬化症,几十年来一直坐在轮椅上,依赖语音合成器,于 2018 年 3 月 14 日去世。霍金的最后一篇研究论文是在他去世前 10 天发表的,是与比利时鲁汶大学理论物理学教授托马斯·赫托格共同撰写的,涉及多元宇宙。
在题为《“平稳摆脱永恒通货膨胀？》的论文中” 霍金和赫托格提出,大爆炸后时空的快速膨胀可能反复发生,创造了众多宇宙。
这是通货膨胀理论的扩展,通货膨胀理论是目前持有的理论,认为大爆炸并不是真正的开始。 膨胀理论认为,在大爆炸之前,宇宙充满了作为空间本身一部分的能量,这种能量导致空间以指数速度膨胀。正是这种能量导致了大爆炸。
然而,由于通货膨胀与其他一切一样,本质上是量子的,因此它一定是在不同地点的不同时间结束的,而地点之间的空间则继续膨胀。这反过来意味着,在某些空间区域,膨胀会结束,大爆炸会开始,但这些区域永远不会相遇,因为它们被膨胀空间区域隔开。
在一次采访中,霍金解释了他对通货膨胀理论的担忧,他说,‘永恒的通货膨胀的通常理论预测,在全球范围内,我们的宇宙就像一个无限的分形,由不同的袖珍宇宙组成,被膨胀的海洋隔开。各个袖珍宇宙的物理和化学局部定律可能有所不同,它们共同构成一个多元宇宙。但我从来都不是多元宇宙的粉丝。如果多元宇宙中不同宇宙的尺度很大或无限,那么该理论就无法得到检验。”
相反,两人预测,至少在最大的尺度上,宇宙实际上是光滑且有限的。他们的理论使用了全息术的概念,描述了如何将某些 3D 空间中的物理现实在数学上简化为表面上的 2D 投影。通过使用这个概念,他们能够将永恒的膨胀降低到永恒状态,这种状态是在时间本身开始时在空间表面上定义的。
赫托格和霍金随后利用他们的新理论预测,从永恒膨胀中产生的宇宙实际上是有限的,并且比现有永恒膨胀理论预测的无限分形结构简单得多。
霍金解释说,“我们并没有归结为一个单一的、独特的宇宙,但我们的发现意味着多元宇宙显著减少,可能的宇宙范围要小得多。”
这使得该理论不仅更具预测性,而且更易于测试。
而且,如果霍金和赫托格,埃弗里特和 劳拉·梅尔西尼-霍顿, Tegmark 和 Greene 以及其他许多物理学家都是对的,那么在某个地方,在另一个宇宙中,就在你阅读这篇文章的那一刻,霍金正在生动地行走和谈论物理学。希望如此。
这就是发现CMB的故事。简洁优雅。
由于他们的发现,彭齐亚斯和威尔逊获得了 1978 年诺贝尔物理学奖,这是有充分理由的。他们的工作将我们带入宇宙学的新时代,使科学家能够以前所未有的方式研究和理解我们的宇宙。
然而,这一发现也导致了近代历史上最令人惊讶的发现之一:CMB 的独特特征可能是我们拥有的关于多元宇宙—存在于已知宇宙之外的无限世界和外星民族的第一个直接证据。
然而,为了正确理解这一非凡的主张,有必要首先回到空间和时间的起点。
宇宙的历史
根据广泛接受的宇宙起源理论,在大爆炸后的最初几十万年里,我们的宇宙充满了由原子核、电子和光子组成的炽热等离子体,这些等离子体散射了光。
到了大约 38 万年前,宇宙的持续膨胀导致其温度降至 3000 K 以下,这使得 电子与原子核结合形成中性原子,自由电子的吸收使光能够照亮黑暗。
彭齐亚斯和威尔逊以宇宙微波背景辐射（前面提到的 CMB）的形式发现了这一点的证据,它有助于建立宇宙大爆炸理论。
亿万年来,持续的膨胀将我们的宇宙冷却到 2。7 K 左右的温度,但该温度并不均匀。温度的差异是由于物质在整个宇宙中分布不均匀造成的。这被认为是由大爆炸后立即发生的微小量子密度波动引起的。
特别是从南半球看到的波江座的一个地方特别冷,比周围环境冷约 0。00015 度。被称为“冷点”的科学家最初认为它是一个“超类”区域,其中包含的星系比正常情况少得多。
随后,2017 年,英国杜伦大学河外天文学中心的研究人员发表了一项研究,他们认为该研究表明冷斑毕竟不是超级类星体。
相反？这可能是外星宇宙的证据。
达勒姆教授汤姆·尚克斯 “Tom Shanks” 提出了他所描述的对冷斑的更奇特的解释。尚克斯在他的著作中认为,冷点“是由我们的宇宙与另一个气泡宇宙之间的碰撞引起的……冷点可能被视为多元宇宙的第一个证据–并且数十亿个其他宇宙可能像我们一样存在。”
此前,物理学家包括安东尼·阿吉雷、马特·约翰逊和马特·克莱班 已经指出 事实上,我们的气泡宇宙与多元宇宙中的另一个气泡之间的碰撞会在宇宙背景辐射上产生印记。此外,他们指出,它会看起来像一个圆形点,辐射强度水平较高或较低。
Shanks’ 的提议似乎符合要求,但这个特征真的能证明存在无数个超越我们自身的宇宙吗？
多元宇宙的规律如今,有三个主要竞争者可以解释多元宇宙如何运作:哥本哈根解释、“许多世界”或“波函数的分支”解释以及弦理论的“平行膜”。
我们将把弦理论留到另一天再讨论另外两个解释。
对象可能存在的所有可能状态的总和称为对象的 相干叠加, 它由所谓的物体的“波函数”组成。
量子力学需要一个平滑的、完全确定性的波函数—一种数学表达式,它以粒子的位置和特征的多种可能性的形式传达有关粒子的信息。它还需要某种东西来实现其中一种可能性并消除所有其他可能性。
对于这种情况是如何发生的,人们的看法不一,但在最常见的理论,即哥本哈根解释中,这是通过观察波函数或通过波函数遇到“经典”世界的某些部分而发生的。这会导致概率或波函数“崩溃”,并迫使粒子进入一种状态。
哥本哈根诠释是由物理学家尼尔斯·玻尔和维尔纳·海森堡在 20 世纪 20 年代提出的,他们认为粒子只有在经过测量（观察）后才会具有物质存在。
哥本哈根解释本质上是一种捏造,而且对许多人来说,这是一种不令人满意的解释。
1935年,奥地利-爱尔兰物理学家 埃尔温·薛定谔 他通过著名的思想实验“薛定谔的猫”阐明了哥本哈根诠释的问题。
在这个理论实验中,一只猫与一点放射性物质和盖革计数器一起被放置在一个密封的盒子里。如果盖革计数器检测到放射性物质的衰变,就会触发毒气的释放,从而杀死猫。
当盒子被密封时,猫处于同时活着和死亡的叠加状态。只有当盒子打开时,猫才会被迫进入一种或另一种状态。薛定谔指出,这是荒谬的,量子叠加不能适用于猫等大型物体,因为生物体不可能同时活着和死去。因此,他认为哥本哈根解释本质上一定存在缺陷。
提出了哥本哈根解释的多种替代方案。例如,阿尔伯特·爱因斯坦和大卫·玻姆等人倡导的‘隐变量’方法建议将波函数视为临时修复,直到物理学家最终找到更好的方法。海森堡晚年提出,问题在于我们对现实本身的概念。他认为波函数代表了现实的“中间”水平。
最直接的方法可能是 “多世界”解释”MWI）于 1957 年由普林斯顿大学研究生休·埃弗里特 Hugh Everett 首次提出。埃弗里特正在学习物理学 约翰·阿奇博尔德·惠勒, 他将宇宙结构设想为一个翻腾的、量子涨落的亚原子领域,他称之为“量子泡沫”。
在他的论文中,题为 通用波函数理论, 埃弗里特认为,通用波函数是真实的,不会像哥本哈根解释那样崩溃。在这种情况下,量子测量的每一个可能结果都会在某个“世界”或宇宙中实现,按照这种逻辑,一定存在非常大或无限数量的宇宙。
埃弗里特对量子物理学的多世界解释几乎没有得到更广泛的物理学界的支持,埃弗里特的整个职业生涯都在学术界之外度过。埃弗里特坚信他的理论,他想吃什么就吃什么,每天抽三包烟,酗酒,拒绝锻炼。1982年7月,休·埃弗里特因心脏病突然去世,享年51岁。
根据他的指示,埃弗里特被火化,骨灰被扔进垃圾桶。1996年,埃弗里特的女儿伊丽莎白自杀了,她的遗书中说,她也希望将自己的骨灰扔进垃圾桶,这样她就可以“最终进入正确的平行宇宙与[与]爸爸见面。”
埃弗里特的儿子, 马克·奥利弗·埃弗里特 后来组建了摇滚乐队“The Eels”,他们的音乐经常充满家庭、死亡和失去爱情的主题。
史蒂芬·霍金与多元宇宙英国著名物理学家史蒂芬霍金因患有肌萎缩侧索硬化症,几十年来一直坐在轮椅上,依赖语音合成器,于 2018 年 3 月 14 日去世。霍金的最后一篇研究论文是在他去世前 10 天发表的,是与比利时鲁汶大学理论物理学教授托马斯·赫托格共同撰写的,涉及多元宇宙。
在题为《“平稳摆脱永恒通货膨胀？》的论文中” 霍金和赫托格提出,大爆炸后时空的快速膨胀可能反复发生,创造了众多宇宙。
这是通货膨胀理论的扩展,通货膨胀理论是目前持有的理论,认为大爆炸并不是真正的开始。 膨胀理论认为,在大爆炸之前,宇宙充满了作为空间本身一部分的能量,这种能量导致空间以指数速度膨胀。正是这种能量导致了大爆炸。
然而,由于通货膨胀与其他一切一样,本质上是量子的,因此它一定是在不同地点的不同时间结束的,而地点之间的空间则继续膨胀。这反过来意味着,在某些空间区域,膨胀会结束,大爆炸会开始,但这些区域永远不会相遇,因为它们被膨胀空间区域隔开。
在一次采访中,霍金解释了他对通货膨胀理论的担忧,他说,‘永恒的通货膨胀的通常理论预测,在全球范围内,我们的宇宙就像一个无限的分形,由不同的袖珍宇宙组成,被膨胀的海洋隔开。各个袖珍宇宙的物理和化学局部定律可能有所不同,它们共同构成一个多元宇宙。但我从来都不是多元宇宙的粉丝。如果多元宇宙中不同宇宙的尺度很大或无限,那么该理论就无法得到检验。”
相反,两人预测,至少在最大的尺度上,宇宙实际上是光滑且有限的。他们的理论使用了全息术的概念,描述了如何将某些 3D 空间中的物理现实在数学上简化为表面上的 2D 投影。通过使用这个概念,他们能够将永恒的膨胀降低到永恒状态,这种状态是在时间本身开始时在空间表面上定义的。
赫托格和霍金随后利用他们的新理论预测,从永恒膨胀中产生的宇宙实际上是有限的,并且比现有永恒膨胀理论预测的无限分形结构简单得多。
霍金解释说,“我们并没有归结为一个单一的、独特的宇宙,但我们的发现意味着多元宇宙显著减少,可能的宇宙范围要小得多。”
这使得该理论不仅更具预测性,而且更易于测试。
而且,如果霍金和赫托格,埃弗里特和 劳拉·梅尔西尼-霍顿, Tegmark 和 Greene 以及其他许多物理学家都是对的,那么在某个地方,在另一个宇宙中,就在你阅读这篇文章的那一刻,霍金正在生动地行走和谈论物理学。希望如此。
