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我们的宇宙存在,是因为有无数个宇宙存在?

时间: 2021年03月05日 | 作者: Philip Goff | 来源: 环球科学(huanqiukexue.com)
我们存在于这个宇宙中且拥有生命,可以推测我们所存在的宇宙并不排斥生命存在。


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图片来源:pixabay


撰文 | Philip Goff

翻译 | 常灏杰

审校 | 曾小欢


但是,随着科学家们不断研究宇宙运行的基础规律,他们发现一个像我们所在的、与生命相容的宇宙,在天文学上存在的概率很低。我们可以通过调整物理常数比如重力强度、电子质量、宇宙常数,建立和分析不同的宇宙模型。显而易见的是,在很大的取值范围内,这些常数必须和目前所测得的值完全相同,才有可能孕育出生命。物理学家Lee Smolin的计算结果表明在一个宇宙中出现生命的可能性只有10229分之一。


物理学家们将这一发现称之为生命存在的物理学参数“微调”(fine-tuning)。我们应该如何理解这一发现呢?有些人认为这只是人类运气好。但是,许多杰出的科学家比如Martin Rees、Alan Guth和Max Tegmark等,认为这是我们生活在多重宇宙中的证据——我们的宇宙只是海量亦或是无限多个宇宙集中的一个。我们有希望用“猴子和打字机”的假设来解释这种“微调”现象。这一假设是说,如果有足够多的猴子随机在敲打字机,那么一只猴子打出一些英语,也是有可能的。类似的,如果有足够多的宇宙,这些宇宙中的物理常数也有足够多样,那么在统计学上有可能出现一组恰好能促使生命出现的物理常数。


这一解释在直觉上是可行的。但是概率论专家指出,从微调到多重宇宙的推论是错误的。具体来说,这一推论犯了逆赌徒谬误(inverse gambler’s fallacy),与经典赌徒谬误略有不同。在经典赌徒谬误中,赌徒整夜都在赌场中,并且运气一直很差。她想:“我下一把骰子一定能赢,因为我不可能整晚都运气不好!”这是一种谬误,因为对于任何一次掷骰,得到两个6点的概率都是一样的,是1/36。而赌徒在那晚扔了几次骰子,对下一次出现两个6的概率并没有影响。


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图片来源:pixabay


在逆赌徒谬误中,一名游客走进一家赌场然后一下子就看见有人扔了两个6。她想:“哇,那个人一定已经玩了很久,因为不太可能一上来就有扔出两个6的好运。”这也是一种谬误。走进赌场的游客只见到了一次扔骰子,而这次得到两个6的概率和其他任何一次扔骰子得到两个六的概率相同,都是1/36。当游客看见玩家扔出两个6和其在此前玩了多久并没有关系。


基于物理学家John Wheeler提出的震荡宇宙理论(oscillating universe theory),哲学家Ian Hacking率先将逆赌徒谬误与多元宇宙联系起来。震荡宇宙理论认为我们的宇宙是一长串暂时性宇宙序列中最新的一个。正如赌场游客说,“哇,那个人一定玩了很久,因为不太可能一上来就能有扔两个6的好运”,多重宇宙理论学家会说:“哇,在我们的宇宙出现之前一定有许多其他宇宙,因为不太可能在只有一个宇宙时,就出现了如此正确的物理常数值”。


其他理论学家随后意识到每一次尝试通过“微调”推测出一个多重宇宙时,都会被上述谬误推翻。你可以考虑下这个类似的例子:你醒来后失忆了,不记得自己是怎么到了这个地方。在你前面是一只正在敲打字机的猴子,打出的正是英语。这明显需要解释。你可能会想:“也许我是在做梦,或许这是只受过训练的猴子,也许这是一只机器猴。”你不太可能想到的是:“这儿一定还有很多只猴子,其中大部分都打不出英语。”你不会这么想是因为你需要解释,为什么是你看到的这只猴子正在用打字机打英语,而且假定有其他猴子的存在,也不能解释这只猴子正在做的事情。


有些人反对这一观点,认为其在反对从微调推导出多重宇宙时,忽略了微调情况下的选择效应,即我们不可能观察到未经微调的宇宙。如果不对宇宙进行微调,那么其中就不可能产生生命,同时也没有人能发现这个宇宙中的任何东西。选择效应当然是存在的,但这对其是否犯了谬误没有影响。我们可以通过在上一段的猴子和打字机例子中添加一个人为选择效应,来证明这一点。试想一个如下的故事:


你醒来后发现自己在一个房间里,而你对面坐着《蝙蝠侠》中的小丑Joker 和一只正在打字的猴子Joey。小丑告诉你在你昏迷时,他决定玩一个游戏。他给Joey一个小时去敲打字机,承诺如果Joey打出了一些英语就放了你,不然就在你恢复意识前杀死你。幸运的是,Joey打出了“I love how yellow bananas are”,因此你被Joker放了。


在上面的故事中,你不可能观察到Joey打出除英语之外的任何其他内容,因为小丑会在你有机会看到之前杀死你,就像我们不会发现一个没有被微调的宇宙一样。尽管如此,推出存在许多猴子也是没有根据的。考虑到一只普通的猴子随机打出“I love how yellow bananas are”的可能性太小,你可能会怀疑其中存在某种把戏。但你不会推测,这儿一定还有很多没打出英语的猴子。此外,你还需要解释的是为什么Joey正在打英语,而假定其他猴子的存在也不能解释这一点。以此类推,我们需要解释的是为什么我们唯一观察到的宇宙是微调的,而假定存在其他宇宙无法对此作出解释。


但是多重宇宙的存在没有科学证据吗?一些物理学家确实认为,有初步的经验证据证明一种多重宇宙的存在,即永恒暴胀理论(eternal inflation)。根据永恒暴胀理论,有一个巨大的,呈指数扩展的巨型空间,其中某些区域的膨胀会减速进而形成“泡泡宇宙”,我们的宇宙只是众多泡泡宇宙中的一个。然而,认为物理常数(重力强度、电子质量等)在这些不同的泡泡宇宙中不相同,并没有经验基础。此外,如果在不同泡泡宇宙中的物理常数值相同,微调理论还会更加错误——我们有海量的猴子,而它们都能打出英语。


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此时,许多人引入了弦理论(string theory)。弦理论提供了一种理解不同泡泡宇宙存在不同物理常数可能性的方法。在弦理论中,物理学中假设的“常数”由空间相位决定,而在所谓的“弦景观”(string landscape)中,有10500个不同可能的空间相位。随机过程确保了弦景观中不同的可能性能在不同的泡泡宇宙中实现。然而,我们同样没有认为这一可能性真实存在的经验性证据。


一些科学家重视多重宇宙,且认可不同宇宙的物理常数有可能不同这一观点,是因为这似乎可以解释微调。但是我们在仔细检查会发现,从微调到多重宇宙的推论是有缺陷的。所以我们该如何理解微调?也许有其他方法来解释它。也可能我们只是比较幸运。


Philip Goff是英国杜伦大学的哲学家和意识研究员。

原文链接:

https://www.scientificamerican.com/article/our-improbable-existence-is-no-evidence-for-a-multiverse/