多元宇宙是否存在？平行宇宙又是什么？
2024-11-19 阅读 8
更新于 2024年11月21日
多元宇宙和平行宇宙的概念在科幻文学和影视作品中占据了重要地位，激发了公众对于宇宙奥秘的无限想象。然而，从科学角度来看，多元宇宙和平行宇宙的存在仍然是一个理论上的假设，尚未有直接的实验或观测证据支持。
在科学界，多元宇宙的概念可以从几个不同的理论框架中找到依据，最著名的是量子力学的多世界解释、宇宙学中的宇宙膨胀理论以及弦理论中的宇宙景观模型。
量子力学的多世界解释量子力学的多世界解释由埃弗雷特（Hugh Everett III）在1957年提出。根据这一理论，每当一个量子系统处于多重可能状态之一时，宇宙就会分裂成多个平行宇宙，每个宇宙对应一个可能的结果。这意味着，所有的量子可能性实际上都在某个平行宇宙中实现了。
量子态的演化可以用薛定谔方程来描述： i\hbar\frac\partial{\partial t}\psi(x,t)=\hat H\psi(x,t)\\i\hbar\frac\partial{\partial t}\psi(x,t)=\hat H\psi(x,t)\\其中 \psi(x,t)\psi(x,t) 是波函数，\hat H\hat H 是哈密顿算符，\hbar\hbar 是约化普朗克常数。在测量过程中，波函数坍缩到一个确定的状态，而在多世界解释中，波函数并没有真正坍缩，而是宇宙分裂成了多个分支，每个分支对应一个可能的测量结果。
宇宙膨胀理论宇宙膨胀理论提出了宇宙在大爆炸后经历了快速膨胀阶段的观点。这一理论不仅解释了宇宙的大尺度均匀性和平坦性，还暗示了可能存在多个独立的“宇宙泡沫”，每个泡沫内部的物理定律和常数可能有所不同。这些宇宙泡沫共同构成了多元宇宙。
在宇宙膨胀模型中，宇宙的膨胀速率可以通过以下方程描述： \frac{\ddot a}a=-\frac{4\pi G}3\left(\rho+3p\right)+\frac\Lambda3\\\frac{\ddot a}a=-\frac{4\pi G}3\left(\rho+3p\right)+\frac\Lambda3\\其中 a(t)a(t) 是尺度因子，\ddot a\ddot a 是其二阶导数，GG 是引力常数，\rho\rho 是能量密度，pp 是压强，\Lambda\Lambda 是宇宙学常数。如果 \Lambda>0\Lambda>0 ，则宇宙会加速膨胀，这有助于形成多个独立的宇宙泡沫。
弦理论中的宇宙景观模型弦理论提出，基本粒子不是点状的，而是微小的一维“弦”。这些弦振动的不同模式对应着不同的粒子类型。在弦理论中，额外的空间维度可以卷缩成非常小的尺度，而这些维度的几何形状决定了宇宙的物理性质。因此，可能存在大量的几何构型，每种构型都对应一个具有不同物理定律的宇宙。
在弦理论中，这些不同的宇宙可以用卡拉比-丘流形（Calabi-Yau manifolds）来建模。每个卡拉比-丘流形代表一种可能的额外维度几何结构，从而形成一个巨大的“景观”，即多元宇宙。这些流形的复杂数学结构可以通过以下公式描述： \int_M\omega^n=\int_M\frac{\Omega\Lambda\overline\Omega}{(-1)^{\frac{n(n-1)}2}(n-1)!}\\\int_M\omega^n=\int_M\frac{\Omega\Lambda\overline\Omega}{(-1)^{\frac{n(n-1)}2}(n-1)!}\\其中 MM 是卡拉比-丘流形，\omega\omega 是Kähler形式，\Omega\Omega 是全纯体积形式，nn 是复维数。
