包含众多“另一个你”的平行宇宙可能共同构成了第一层多重宇宙。这是争议最少的一类。有些我们暂时观察不到,但只要换一个观测点或稍加等待就可以看到的事物,比如逐渐出现在地平线上的航船,我们是可以接受它们的存在的。在我们所处宇宙视界之外的天体,也属于类似的情况。随着时间的推移,从更遥远的地方发射的光将到达地球,因此可观测宇宙每年都会向外扩大1光年。也许在见到“另一个你”之前,你的生命早已经完结了,但在理论上,如果宇宙的膨胀方式肯配合,有一天,你的子孙后代就可以用足够强大的望远镜观察到他们。第一层多重宇宙听起来似乎是显而易见的。空间怎么可能不是无限的呢?难道我们会在什么地方碰到一块牌子,上面写着空间到此为止,小心裂缝?如果真是如此,那裂缝另一边又是什么?事实上,爱因斯坦的引力论已经对这种直觉认识提出了质疑。如果空间的曲率是正的,或者具有寻常的拓扑结构(即连通性),那么它就可以是有限的。宇宙如果呈球形、甜甜圈或麻花形状,它就可以是有限但没有边界的。借助宇宙微波背景辐射,科学家可以对这些模型进行精确的检测。然而,迄今为止这些有限宇宙的模型并没有获得证据支持,反而无限宇宙的模型符合观测数据,而其他有限宇宙的模型,即使没被否定,也被加上了十分严格的限制。当然,还存在另一种可能:空间是无限的,但物质却集中在我们周围的有限区域内,这就是在历史上曾流行的一时的岛宇宙模型。这种模型的一个变种则认为,大尺度上物质将逐渐变稀薄,形成分形图样。在这两种情况下,第一层多层宇宙中的几乎所有宇宙都将是空寂没有生气的。但是,近年,天文学家对三维星系分布及宇宙微波背景辐射的观测分析却显示,尺度越大,物质的分布越均匀,在大于10的24次方米的尺度上就没什么结构可言了。如果按这种情况外推,在我们可观测宇宙之外的空间,会有众多星系、恒星及行星存在。生活在第一层平行宇宙中的观测者,有着与我们一样的物理定律,只是初始条件不一样。根据现有的理论,大爆炸早期的某些物理过程会使物质的分布具有一定的随机性,产生所有概率不为零的分布方式。宇宙学家认为,我们这个宇宙是有代表性的(至少在有观测者的宇宙中很有代表性):它的物质分布几乎完全均匀,初始密度涨落为1/100000。根据这一假说,我们可以估算出离你最近的“另一个你”在距地球10的10的28次方米的地方。在距离地球10的10的92次方米的地方,应该有一个半径为100光年的球形区域与地球所处的球形区域完全相同,因此我们在下一个世纪将会经历的一切,也将与那边的“另一个地球”完全一样。而在10的10的128次方米远的地方,则存在一个与我们的哈勃球一模一样的哈勃球。上面涉及数字的讨论只是非常保守的估计,它们仅仅是通过计算一个哈勃球在温度不高于十的八次方k的情况下,能够拥有的所有量子状态而推导出的。如何计算呢?科学家需要确定在上述温度下,一个哈勃球最多能容纳多少质子——答案为十的188次方个。事实上每个质子既可能存在,也可能不存在,这样所有的质子就有二的十的188次方种可能的组合方式。如果一个盒子容纳了这样多个哈勃球,那它就穷尽上述的所有可能性。这些啥勃球如果真的在一个盒子里,那盒子的直径大约是l0的10的118次方米。在这个范围外,这些盒子里的宇宙包括(我们的宇宙)必将会重复出现。利用热力学或量子引力理论,对宇宙全部信息含量进行估计,也可以导出类似的结果。行星形成及生物演化的过程,会使“另一个你”出现的概率增加,与最近的“另一个你”的距离可能比上述数字预测的要小得多。天文学家猜测,在我们这个哈勃球内,适合居住的行星至少有十的20次方颗,其中可能许多与地球环境类似。天文学家常常利用第一层多重宇宙模型评估现代宇宙学的理论,不过这种方法极少得到明确的阐述。我们来看看宇宙学家是如何利用宇宙微波背景辐射排除有限的球形宇宙模型的。宇宙微波背景辐射分布图中,热斑和冷斑具有与空间曲率相关的特征尺度,而观测到的斑点看起来太小了,与球形宇宙所预言的大小并不一致。不过,我们的结论必须具有统计上的严密性。不同的哈勃球,斑点的平均大小也不同,且这种差异是随机的。因此,或许我们的宇宙在愚弄我们——它可能是球形的,但碰巧其斑点尺寸却异常的小。当宇宙学家宣称他们以100分之99.9的置信度排除球形宇宙模型时,他们实际上是说,如果这个模型成立,那么每1000个哈勃球中,具有我们所观测到的那样小的斑点的,平均还不到1个。由此可以认为,即使我们无法看到其他宇宙,多重宇宙理论仍是可以检验并且可以证伪的。关键是要预测平行宇宙的分布形式,并且在此基础上得出一个概率分布,或数学家所称的“测度”。我们的宇宙应该是最可能出现的宇宙之一。如果不是这样(也就是说,如果多重宇宙理论认为我们居住在一个发生概率很低的宇宙中),那么这个理论就有麻烦了。下面我们将讨论,测度问题是如何变得非常棘手的。
四个层次的多重宇宙II
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