多元宇宙必然存在？人类理解宇宙所表达的极限概念

　　据国外媒体报道，想像一下，我们所观测到的宇宙，从头至尾，仅是宇宙海洋中的一滴水。除了我们所观测的宇宙之外，还有更多的空间、更多的恒星、星系，以及更多的天体，它们可能距离地球数十亿光年。同时，无法观测的宇宙与当前的宇宙一样大，还有数不清类似的宇宙存在着，它们或大或小，或者更古老，或者更年轻，遍布在更大的空间之中。伴随着空间快速扩张，驱使宇宙彼此分离，同时，确保任何两个宇宙不会相遇。这听起来像科幻电影中关于“多元宇宙”的科学描述，但是如果现今我们所认可的科学理论是正确的，这不仅是一个有依据的观点，而且是科学基本定律的一个必然结论。多元宇宙的观点起源于我们现今所看到和居住宇宙的物理现象，我们在天空所看到的任何区域，看到的恒星和星系，聚集形成一个巨大的宇宙网。我们发现越遥远的星系就更年轻，其进化得很少，星系中恒星包含的重元素较少，它们看上去较小，很少发生合并事件，这里存在较多的螺旋状星系，很少有椭圆状星系，通常椭圆状星系是需要大量的时间合并形成。如果我们所观测的宇宙与空间极限相一致，将发现这个宇宙中最早期的恒星，同时，还有一个黑暗区域，那里唯一的光来自宇宙大爆炸的残留辉光。但是发生在138亿年前的宇宙大爆炸并非是空间和时间的起始，更准确地讲是我们所观测宇宙的起始。在此之前，这里存在一个叫做“宇宙膨胀”的纪元，空间自身以指数级快速膨胀，该时空结构充满固有能量。宇宙膨胀理论是出现并取代之前理论的一个实例，其原因在于：一是它与宇宙大爆炸的所有成功理论相一致，并涵盖了所有现代宇宙学理论；二是宇宙膨胀理论解释了大爆炸无法解释的许多问题，例如：为什么宇宙到处都保持相同温度；为什么宇宙能够如此空间平坦；以及为什么宇宙没有像磁单极子的高能残留物质；三是宇宙膨胀理论进行了许多不同类型的新预测，通过观测可以验证，并且其中多数已得到证实。

　　然而，宇宙膨胀预测的一个结论是我们并不知道是否我们能够证实多元宇宙的存在。宇宙膨胀是空间以指数级的增长速度快速膨胀，这将在炽热大爆炸之前发生，并且宇宙会膨胀更大，远超过之前的体积。迄今为止，宇宙膨胀状况正常，这将解释如何形成一个均衡的大型宇宙空间。当膨胀终结时，宇宙将充满了物质和放射线，这就是我们所看到的炽热大爆炸。但是这里也有一些奇特的现象，为了使宇宙膨胀终结，无论量子场是什么，它都必须从高能不稳定状态递减，导致宇宙膨胀过渡为一种低能均衡状态。这种过渡，以及从“高峰”至“低谷”的变化，将导致宇宙膨胀从发生到终止，并形成炽热大爆炸。但无论哪个作用场对于宇宙膨胀具有决定作用，就像所有其它作用场都必须遵循于物理法则一样，其必须是自然固有的量子场。像所有量子场，它通过波函数进行描述，可能随着时间波浪状扩散。如果该作用场的数值非常缓慢地从高峰值递减，意味着它可能随着时间推移，膨胀将逐渐接近结束，并逐渐迎来大爆炸。由于在膨胀过程中空间以指数级速度迅速扩张，这意味着随着时间的推移，许多空间以指数级快速形成出现。在一些空间区域，膨胀将接近终结：作用场将递减至低谷。但在其它一些区域，膨胀将继续进行，导致越来越多的空间环绕每一个膨胀终结的区域。这种膨胀速度远大于一个充满物质和能量的宇宙的最大膨胀速度，所以在非常短的时间里，膨胀部分接管了所有一切。依据这种可行机制，充分的膨胀可制造我们现今所看到的宇宙，而在我们的周围还有更多的空间。在膨胀结束的宇宙周围，其它空间的膨胀并未立即停止。这就是所谓“永恒膨胀”现象的由来，在空间膨胀结束的区域，将产生一个炽热大爆炸和一个宇宙。但是膨胀并未终结的区域，会产生更大的膨胀空间。从而产生一些区域，形成的炽热大爆炸导致远离我们，同时，其它区域将继续膨胀。这个较大的宇宙，远比我们所观测的宇宙更大，并且不断地在这个指数级膨胀的空间中创造出来，这就是多元宇宙的意义所在。认识到多元宇宙本身并不是一种科学理论，这一点是非常重要的。它可以不预测任何可观测现象，更确切地讲，多元宇宙是一种理论预测，它来自于物理定律，甚至它是一种物理定律的必然结论：如果存在一个由量子物理学支配的膨胀宇宙，其膨胀注定会终结。很可能在大爆炸之前理解这种状况是不正确的，我们关于宇宙膨胀的理论是完全错误的。如果是这样的话，那么多元宇宙的存在并不是一个必然结论。但是，对于一个永恒膨胀状态的预言，如果该观点是正确的，将会出现无数小型宇宙连续不断地诞生，并驱使它们彼此分离。那么多元宇宙究竟是什么？它可能超越了物理学，成为我们所遇到的第一个物理动机的“形而上学”。这是我们首次理解宇宙所表达的极限概念，这里有我们需要的信息，但是我们永远无法获得，为了将其提升至可测试的科学领域，在此之前，我们可以预测，但既不能验证，也无法反驳，事实上我们的宇宙仅是更大领域范围的一小部分——多元宇宙。（编辑：p_vhehwang）