将宇宙学假说与虚构世界区分开来
如果你想弄清楚多元宇宙究竟是一个科学概念还是一个故事设定手法,答案取决于具体的主张。在物理学中,“多元宇宙”涵盖了源自不同理论的数种假说;但没有一种假说能证实其他宇宙已被观测到。在宇宙学中,它可能指超出我们可观测范围的区域。在虚构作品中,它是一种灵活的背景设定,用于构想具有不同历史或规则的现实。本指南将这些用法区分开来,并提供一个简短的练习来构建连贯的虚构多元宇宙。
在宇宙学中,“宇宙”是什么意思?
宇宙学研究物理宇宙:其内含物、历史、结构以及大尺度行为。在日常用语中,“宇宙”通常指存在的一切。然而,在某些多元宇宙的讨论中,“宇宙”指的是一个特定的物理领域,而“多元宇宙”则是此类领域的更广泛集合。并非所有理论使用的术语都完全相同,因此了解每位作者将什么算作一个宇宙会有所帮助。《斯坦福哲学百科全书》中关于宇宙学的概述探讨了该领域的观测与理论特征,以及研究一个我们只有一个观测样本的宇宙所面临的特殊挑战。
一个有用的边界是可观测宇宙:即自早期宇宙以来,光或其他信号能够到达我们的区域。它的界限不一定是一堵物理墙或整个空间的边缘。空间可能会延伸到我们能观测到的范围之外;如果是这样,那些遥远的区域仍处于我们的直接视野之外。这种可能性与证实拥有自身独立历史或物理定律的分离宇宙并不是一回事。
“多元宇宙”在物理学中是如何使用的?
多元宇宙并不存在单一的模型。物理学家将这个词用于依附于不同理论框架的各种概念,而且这些概念所指代的含义并不尽相同。马克斯·泰格马克(Max Tegmark)的论文《平行宇宙》(Parallel Universes)审视了从庞大宇宙中的遥远区域,到涉及暴胀、量子理论或不同数学结构的更具推测性的可能性的层级提议。这是一项理论综述,而非对其他宇宙的观测报告。
一条常见的宇宙学路径始于暴胀——即假定在极早期发生的一段快速膨胀时期。某些版本的暴胀理论允许暴胀在某些区域继续进行,而在其他区域结束,从而产生分离的“泡泡(pocket)”领域。取决于具体模型,这些领域可能拥有我们所熟悉的物理规律,也可能具有不同的有效性质。此类领域的存在及其可观测结果取决于该提案的具体细节;仅凭暴胀是宇宙学的研究对象,并不能直接推导出它们是确凿的观测事实。
量子力学提供了另一种截然不同的用法。在多世界诠释中,量子态的发展演化不存在某些其他诠释所假设的坍缩,所有可能的结果都在该状态的各个独立分支中得以描述。将这些分支称为“宇宙”可能是一种有用的简称,但这并不意味着观测者探测到了相邻的世界,或者可以在不同分支之间穿梭。该诠释关乎如何理解量子理论,而非对其他物理位置的直接天文巡天观测。
这些用法不应混为一谈。巨大宇宙中的遥远区域模型、暴胀泡泡模型以及量子力学的诠释各自提出了不同的问题,并且需要不同的证据。至于让角色能够造访平行地球的虚构传送门,则属于另一种完全不同的想象惯例。
什么才能算作存在另一个宇宙的证据?
证据需要将具体的多元宇宙提案与可观测数据联系起来,且其联系方式能够将其与竞争性解释区分开来。这可能涉及在我们自身宇宙的观测中预测到的某种模式、可检测到的物理相互作用,或者该理论经得起与其他备选理论对比的独特性推论。信号本身、其不确定性以及从测量推导至所假定原因的推理逻辑都至关重要。如果常规物理过程或其他模型也能同样解释该现象,那么仅凭一个启发性的模式本身并不能解决问题。
例如,一些暴胀模型促使人们在宇宙微波背景辐射(即早期宇宙的余晖)中寻找膨胀泡泡区域之间可能碰撞留下的痕迹。候选模式需要经过严格的统计和物理审查,任何解释都将取决于该模型预测的信号。无结果可能会对那些预测存在可探测痕迹的版本构成约束;但这不会自动排除所有多元宇宙提案。泰格马克的讨论还指出了为某些提案做出可检验预测的困难性,包括关于如何赋予概率的问题。
到目前为止,还没有任何观测证实了其他宇宙的存在。对宇宙微波背景以及我们自身宇宙膨胀历史的观测是关于宇宙学的重要证据,但它们本身并不是对独立宇宙的观测。严谨的表述是:特定的多元宇宙提议仍然属于假说,其科学地位取决于它们能否产生可检验的、具有辨别力的预测。
理清含义的实用方法
遇到关于多元宇宙的主张时,可以使用这个“三问核对法”:
此项核对并不能判定某个理论最终是否正确。它能帮助你区分确凿的观测、依赖于特定模型的预测,以及目前缺乏明确观测检验的概念。
用三条规则构建虚构的多元宇宙
虚构作品可以借用科学词汇,而无需声称具有科学证据。为了让设定显得连贯一致,请确定是什么连接了各个世界,以及又是什么限制了这种连接。不妨尝试这个练习:
例如,想象两个世界,由于其中一个世界从未建立起古老的导航网络而走向分歧。一种罕见的、有时限的信号可以在它们之间传递,但人们无法肉身穿梭。这个前提构建了一个关于跨越不同历史进行交流与选择的故事。这是一种虚构构思,而非真实平行世界存在的证据。
简要结论
“多元宇宙”既可以指物理学和宇宙学中各不相同的理论提案,也可以指虚构作品中想象出的世界集合。虽然有些提案得到了严肃理论的支持,但它们仍然是假说;目前尚未观测到其他宇宙。要评估一项科学主张,需确定其模型,并探问有哪些独特的证据可以支持或质疑它。要在故事中运用这一概念,请界定各个世界有何不同,以及管辖它们之间联系的规则是什么。
来源与范围
独创的“主张三问核对法”和“虚构穿梭规则练习”将科学证据与故事构思选择区分开来。所列来源支持文中所述事实;示例与练习均为原创编撰应用。
