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《平行宇宙》穿越时空的多元宇宙探秘
铛铛铃2025-09-13【科普】429人已围观
简介
今天为你解读的书是《平行宇宙》。
自古以来，人类一直都面临着两个最终极的问题：我们从哪里来，和我们将往何处去。过去，它们一直是哲学和宗教的问题，但到了20世纪，现代宇宙学的建立，把它们变成了真正意义上的科学问题。
“宇宙”一词最早出自《庄子》：“上下四方曰宇，往古来今曰宙。”在我们的传统观念中，宇宙就意味着所有的时间和空间。但到了20世纪，人类对宇宙的看法发生了翻天覆地的变化。现在我们知道，宇宙无论在时间上还是在空间上，都是有限的。更让人脑洞大开的是，上世纪80年代，科学家意识到，就连我们的宇宙也不见得是唯一的宇宙。
《平行宇宙》这本书介绍了20世纪以来理论物理和宇宙学的一些最重要的进展。所谓的平行宇宙理论，有时也被称为多元宇宙理论，认为宇宙并不唯一，在我们的宇宙之外，还有许许多多的宇宙。
这本书的作者是日裔美籍物理学家加来道雄，他是纽约城市大学的物理学教授，同时也是一位相当有名的科普作家。他有多部科普作品，被《纽约时报》和《华盛顿邮报》评为年度最佳科学读物。此外，他还是一个电台科学节目的主持人，并在《早安，美国》《拉里·金现场秀》等美国著名电视节目中亮过相。
这本书一共33万字，主要分为三个部分。第一部分讲的是宇宙的创生，介绍了宇宙膨胀、宇宙大爆炸和暴涨理论；第二部分讲的是理论物理学的一些前沿内容，包括虫洞、高维空间和超弦理论；第三部分讲的是宇宙命运，介绍了大冻结和逃脱这种悲惨命运的可能性。
下面我们就聚焦本书最核心的两大问题，也就是我们一开始提到的两个终极问题：宇宙是怎么起源的，和宇宙的命运将会如何。
让我们先谈谈宇宙的起源。很多人都认为我们的宇宙起源于一次大爆炸，但事实上，按宇宙学界目前最主流的观点，我们的宇宙起源于一次暴涨。要想理解暴涨，我们就需要回答以下四个问题：一、什么是暴涨；二、暴涨是怎么产生的；三、暴涨有什么用；四、暴涨为何会导致多元宇宙。
先说第一个问题，什么是暴涨。暴涨的英文名是 inflation，它的本意就是我们在现实生活当中最熟悉不过的通货膨胀。通货膨胀说的是在一段时期之内，社会上流通的货币总量发生了明显的增长，而暴涨，说的是在创生之后的一段很短的时期内，宇宙的总体积发生了指数式的膨胀。
在日常生活当中，指数式的增长很常见。举个例子，过去的几十年间，计算机的运算速度就发生了指数式的增长。但在这个世界上，还没有任何事物的增长速度能和暴涨相提并论。按照暴涨理论，在创生后远远不到一秒的时间里，宇宙的总体积一下就膨胀了1万六千亿亿亿、亿、亿、亿亿倍。嘿，听到这儿啊，不要以为你的手机卡了，因为你刚才听到的是一个你在现实生活当中永远不会听到的数字，1万6000，后面连续有七个亿。这是什么概念啊，相当于一座两层高的小楼，在转瞬之间就变得和银河系一样大了。
在经历了这个疯狂的暴涨之后，宇宙就从一个特别特别小的微观区域，膨胀到了一个宏观的尺度。这个微观的区域，比 PM 2.5颗粒的亿分之一的亿分之一还要小。那这个宏观尺度有多大呢？大概和一个棒球差不多大。听起来有点不可思议，对吧？但这个就是用暴涨理论计算出来的结果。在此之后，大爆炸才正式启动，诞生出中微子、光子这些微观粒子，最终把宇宙变成了我们今天看到的模样。
再说第二个问题，暴涨是怎么产生的。要想回答这个问题，必须得解释清楚什么是假真空。让我先从你更熟悉一点的真空谈起。很多人都以为，真空就是一片什么东西都没有的空间区域，这种看法是错的。现在的科学实验已经证明，真空是有能量的。不妨来打一个比方啊，想象一座延绵起伏的大山，高的地方是山峰，矮的地方是山谷。如果在这座山上放一个小球，那在哪里可以静止不动呢？答案显而易见，当然是在山谷。现在把山的海拔高低当成是空间本身的能量大小，那么凡是能让小球静止不动的山谷，全都处于真空的状态。换句话说，真空就是一个能让置身其中的物体稳定存在的时空区域。
很明显，即使是真空，也会有能量大小的差异，就像是山峦也会有海拔高低之分。在所有的真空当中，有一个能量最小的真空，对应于海拔最低的山谷，这就是所谓的真真空，而其他能量较大的真空，对应于海拔较高的山谷，这就是所谓的假真空。换句话说，假真空就是能量较高的真空。
1981年，美国物理学家艾伦·古斯发现，如果宇宙诞生在一个高能量的假真空环境里，它就会被假真空的能量推动而向外膨胀，这有点像是烤箱里的面团一样啊，会由于受到烤箱的热量而膨胀成面包。更重要的是，在这种情况之下，宇宙的膨胀一定是指数式的膨胀，这就是暴涨的由来。
接着说第三个问题，暴涨有什么用。事实上，暴涨可以一石三鸟，同时解决三个宇宙学疑难问题。
第一个是磁单极子问题。你肯定见过磁铁，所有的磁铁都有一个共同的特征，那就是一定同时具有南北两极。即使把一块磁铁从中间一切两半，新得到的两块磁铁会自动的重新产生南极和北极。那可不可能存在一种只有南极或只有北极的磁铁呢？理论上是可能的，像这种只有南极或者北极的磁铁，就是磁单极子。按照粒子物理界当中的主流观点，磁单极子在宇宙中应该是无处不在的。那为什么在真实世界当中，却连一个也找不到呢？这就是所谓的磁单极子问题。
有了暴涨，磁单极子问题就变得很简单了。打个比方啊，将一把花瓣撒到一盆水当中，你肯定很轻易的就把这些花瓣都找出来，对吧？好，那现在把这一盆水换成和太平洋一样大，你还能在太平洋里把这些花瓣都找出来吗？显然就做不到了。暴涨在不到一秒的时间内，把一座两层高的小楼，变成了和整个银河系一样大，磁单极子的密度被极度稀释，所以我们就无法再找到它了。
第二个是平坦性问题。我们日常生活当中，对平坦和弯曲的概念其实都局限在二维，比如说桌子的表面是平坦的，皮球的表面是弯曲的，而两者都是二维的。但爱因斯坦的广义相对论告诉我们，大质量的物体让时空弯曲，三维空间和二维空间并没有本质的区别，一样是既可以平，也可以弯曲。由于平坦的状态只有一种，而弯曲的状态有无数种，从概率的角度来说，应该是处于弯曲状态的可能性要大得多。但实际的天文观测表明，我们的宇宙是平坦的，这就奇怪了，为什么宇宙会恰恰处于那种可能性最小的平坦状态呢？这就是所谓的平坦性问题。
有了暴涨，这平坦性问题也变得很简单了。为什么宇宙会如此平坦呢？因为无论它在创生之初是什么形状，暴涨都能把它给弄平了。举例来说，如果我给你一颗小玻璃球，你很快就能判断出它并不平坦，现在我把这颗玻璃球变得和地球一样大，你还能很快判断出它并不平坦吗？事实上，我们每天生活在地球上，根本察觉不到大地其实是球形的，这意味着半径越大的球体，它的弯曲程度就越小。暴涨迅速放大了整个宇宙的尺寸，从而把宇宙创生之初的空间弯曲给抹平了。
第三个是世界问题，就是眼睛看到的这个世界问题。为了说清楚这个问题，我来打一个比方。有一群考生在同一间教室里参加了一场两小时的考试，后来老师在批卷子的时候，发现所有人的答案完全相同，这说明他们互相对了答案呢，或者说他们彼此之间交流了信息。现在有两群考生，其中一群呆在地球，而另一群待在距离地球4.3光年之遥的比邻星，他们也在同一时间参加了一场两小时的考试，你猜结果如何？所有人的答案竟然还是一模一样，这就很诡异了。这答卷相同，说明他们之间肯定交流了信息，但这两群考生相距4.3光年之遥，即使用速度最快的光，也要花整整43年才能把答案传过去，那他们是用了什么方法完成了这个超光速的信息交流呢？
把这个问题推广到整个宇宙，目前的天文观测表明，在足够大的尺度上，宇宙中物质分布的特别均匀，以至于到处看起来都是一模一样的。这说明过去一定发生过信息的交流，但整个宇宙又特别大，即使是速度最快的，也不可能跑得完，那他们如何完成这个超光速的信息交流呢？这就是所谓的世界问题。
有了暴涨，这世界问题呀，也迎刃而解了。我们已经说过，暴涨的效果是把一座两层高的小楼转瞬间变成跟整个银河系一样大，所以前面提到的那两群考生，原本就待在同一间教室，后来暴涨使空间本身发生了急速的膨胀，从而让这两群考生一下子就相聚了4.3光年，但其实在一开始，他们就已经完成了信息的交流。
最后我们来说第四个问题，暴涨为何会导致多元宇宙。要想回答这个问题，必须得先说说这永恒暴涨。1983年，美国物理学家保罗·斯泰恩哈特指出了一种相当匪夷所思的理论上的可能性，称为永恒暴涨。他说的是暴涨一旦开始，就永远都不会结束。后来科学家发现，几乎所有现实一点的暴涨模型，都会导致永恒暴涨。
为了给你一个更直观的印象，我还是打一个比方。前面说过，要想制造一次暴涨，关键是要有一个假真空，也就是一个能量比较高的真空。现在把假真空想象成一颗巨大无比的苹果树，苹果树的养分能在枝头结成苹果，就像假真空的能量能在某个空间区域制造一个暴涨的宇宙。当苹果长到足够大的时候，它就会掉到地上，然后苹果树又可以结出新的苹果。类似的，当宇宙膨胀到足够大的时候，它就会脱离假真空的环境，然后假真空又可以制造新的暴涨宇宙。也就是说，永恒暴涨理论认为，假真空是一棵苹果树，而我们的宇宙只是它结出的众多苹果中的一个，这就是多元宇宙的理论起源。
你可能会好奇了，这永恒暴涨它到底能产生多少个宇宙呢？答案是一个巨大到完全没法用日常生活经验描述，只有用科学计数法才能表示的数字。举个例子，从古至今，地球上大概生活过1000亿个人类，这就是十的11次方；银河系的直径有10万光年，大概相当于十的21次方米。在暴涨期间，宇宙的总体积大概膨胀了十的60次方倍。有这几个数字做对比，你就能理解下面我要说的是一个多么恐怖的数字了。按照宇宙学家的估算，永恒暴涨所能产生的宇宙的个数大概是十的500次方。换句话说，我们的宇宙有可能只是十的500次方个宇宙中的一个。
关于宇宙起源，让我们来做一个总结。现在宇宙学界普遍相信，宇宙起源于一次暴涨。暴涨是发生在宇宙创生之初的一场超级通货膨胀，它让宇宙在诞生远远不到一秒的时间里，发生了指数式的膨胀，其剧烈程度大概相当于让一座两层小楼转瞬之间变成整个银河系大小一样。暴涨源于假真空，也就是能量较高的真空。在创世之初，假真空的能量就像是烤面包的烤箱里的热量，推动了诞生在其中的宇宙发生暴涨。暴涨理论可以一石三鸟，同时解决了磁单极子、平坦性和世界问题，所以就成了目前最主流的解释宇宙起源理论。但后来的研究表明，暴涨一旦开始，很可能永远都不会结束，这意味着假真空是一棵苹果树，能结出十的500次方个宇宙，这就是多元宇宙，也就是平行宇宙的理论起源。
说完了宇宙起源，下面我们来谈谈宇宙命运。著名科幻作家刘慈欣在他的名作《三体：死神永生》当中写道，宇宙有三种可能的结局，分别是大挤压、大反弹和大冻结。但我要告诉你的是，现在的天文观测已经排除了前两种结局，换句话说，宇宙最终的结局已经注定是大冻结。
要想理解大冻结，我们要回答这四个问题：什么是大冻结；宇宙为何会陷入永恒的黑暗；宇宙为何会演化到大冻结的状态；智慧生命是否有可能逃离大冻结的厄运。
先来说说第一个问题，什么是大冻结。让我们从现实生活当中最熟悉的温度说起。在物理学当中存在着一个最低的温度，那就是所谓的绝对零度，就是零下273.15℃。为什么说绝对零度是最低的温度呢？因为在这个温度下，所有物体的热运动都会停止，或者说得通俗一点，就连构成万事万物的原子也会被冻住，无法再运动了。很明显，如果一直处于绝对零度的状态，所有的生命都会被冻死。大冻结理论说的是，早晚有一天，宇宙中的每一个角落都会处于绝对零度的状态，到那个时候，宇宙将变得空无一物，没有任何天体，没有任何生命，没有任何能源，只有无尽的黑暗和寒冷。听起来很恐怖，对吧？一个空无一物，冷到不能再冷的可怕地狱。但不幸的是，根据最新的天文观测，这就是我们宇宙最终的命运。
再来说说第二个问题，宇宙为何会陷入永恒的黑暗。在演化到大冻结状态以前，宇宙会先陷入永恒的黑暗，这是怎么回事啊？让我们从地球说起，我们现在生活的地球是一颗生机盎然的星球，而它之所以能保持活力，最重要的原因是它能持续不断的从太阳获得能量。事实上，我们熟悉的所有能源，无论是风能、水能还是化石燃料，本质上都源于太阳的能量。一旦失去了太阳的能量，地球立刻会变成一个死气沉沉的地方。
那太阳的能量又是从哪里来的呢？答案是发生在它中心区域的核聚变。所谓的核聚变，就是几个比较轻的原子核在一定的条件下聚合成一个比较重的原子核，同时释放出大量的能量的过程。世界上最可怕的武器氢弹，其实就是把氢聚变成了氦，而在太阳的中心，高温高压的环境让氢不断地聚变成氦，由此释放出巨大的能量，这就是太阳的能量来源。但问题在于，太阳中心能用于核聚变的原料是有限的，大概再过个四五十亿年，太阳就会烧完它中心区域的所有的氢，然后它会点燃中心区域的氦，烧出碳和氧，但接下来它就难以为继，而不得不走向死亡。到那个时候，太阳会抛出所有外围的物质，留下一个只有地球大小的内核。
不止太阳，宇宙中所有的恒星最终都难逃一死。那时候这些恒星也会抛出外围的物质，并留下自己的内核，然后有三种可能。如果内核的质量小于1.4四倍的太阳质量，它就会变成一个白矮星；如果内核的质量介于1.44倍太阳质量和三倍太阳质量之间，它就会变成一个中子星；如果内核的质量大于三倍太阳质量，它就会变成一个黑洞。
目前宇宙中既有老的恒星死去，也有新的恒星诞生。换句话说，现在宇宙中依然存在着足够强大，可以用来孕育恒星的能量，但最新的天文观测表明，我们的宇宙将会永远地膨胀下去，这样的话，能用来孕育恒星的能量将不断减少，直到最终衰竭。早晚有一天，宇宙当中将不会再有新的恒星产生了。到那时，宇宙就会进入退化时代。在退化时代，恒星的能量将逐渐的耗尽，换句话说，所有的恒星都会逐一熄灭，宇宙也会陷入永恒的黑暗。
不过，陷入黑暗也只是宇宙衰亡的开始。接下来，我们来说第三个问题，宇宙为何会演化到大冻结的状态。这个问题涉及不少天文学的前沿概念啊，让我从相对简单的概念说起。众所周知，太阳系当中有八颗行星，这八颗行星与众多的彗星、小行星一起在绕着太阳旋转，而太阳本身也在运动，它和上千亿颗恒星一起在绕着银河系中心的超大质量黑洞旋转。不只是银河系，宇宙中每一个星系的中心都有且仅有一个超大质量黑洞，这些超大质量黑洞，就连最小的也有几百万倍太阳质量，最大的只有几百亿倍太阳质量，类似于银河系了。在超大质量黑洞的周围，有上千亿个恒星级的天体围绕着它旋转，其中也包括一些小质量的黑洞。
下面我要讲一件特别开脑洞的事情啊，广义相对论告诉我们，凡是运动的物体都会发出引力波，而引力波会带走能量，使运动物体的动能减小。一般来说，太阳系中的那些行星、彗星、小行星绕着太阳旋转所发出的引力波都特别微弱，所以它们动能的减少速度也特别缓慢。但是日积月累，早晚有一天，它们的动能会减小到一个临界值以下，从而让他们无法再抵抗已经变成白矮星的太阳的引力，最终全都掉到太阳之上。同样的道理，早晚有一天，所有绕银河系中心黑洞旋转的恒星级天体，也会由于被引力波带走了太多的能量，而落入这些超大质量的黑洞之中。
当宇宙中所有的恒星级天体都被超大质量的黑洞吞噬的时候，宇宙就进入了黑洞时代。所有天体都会被黑洞吞噬，这本身就已经够恐怖的了，不过这并不是宇宙的最终结局。你肯定知道霍金，他一生当中最重要的科学贡献，就是著名的霍金辐射。霍金辐射说的是黑洞并不是完全黑的，它也有温度，如果黑洞的温度低于它所处的环境，它就会向外辐射能量。随着宇宙的不断膨胀，整个宇宙的温度将越来越低，最终趋于绝对零度。换句话说，早晚有一天，宇宙的温度将低于所有黑洞的温度，到那时，所有的黑洞都会开始向外辐射能量。随着能量的流失，黑洞会越变越小，这就是所谓的黑洞蒸发。质量越大的黑洞，蒸发的速度就越慢，像太阳一样重的恒星级黑洞，将蒸发十的66次方年，而像仙女座星系团一样重的超大质量黑洞，将蒸发十的117次方年。不过宇宙有的是时间，早晚有一天，所有的黑洞都会蒸发完毕。到那时，就连黑洞都会从宇宙当中彻底消失。
当所有的黑洞都消失的时候，宇宙就迎来了它的最终结局，那就是我们前面已经提到过的大冻结。到那时，宇宙已经变得空无一物了，只剩下一些光子、电子和中微子在宇宙当中漂浮。由于宇宙都处于绝对零度的状态，这些微观粒子也将会失去所有的能量，没有办法再运动了。没有天体，没有生命，没有能量，只有无尽的黑暗和寒冷，这就是我们宇宙的最终命运。
最后来说说第四个问题，智慧生命是否有可能逃离大冻结的厄运。需要强调的是，这里所说的智慧生命并不是指目前的人类，而是能驾驭整个星系所有能量的超级文明。假设真的存在这样的神级文明，这个神级文明中的智慧生命是否有能力逃离大冻结的命运？加来道雄提出了一个非常科幻的解决方法，那就是逃到另一个宇宙。这个逃离计划需要分几步进行。首先，对全天空进行扫描，找到自然出现的虫洞。所谓的虫洞又叫爱因斯坦罗森桥，是宇宙当中可能存在的一种连接两个不同时空的狭窄隧道，也就是通往平行宇宙的通道。其次，发射探测器去穿越虫洞，把那些可以连接其他宇宙的虫洞筛选出来。接下来，制造负能量的物质，并由它来支撑住虫洞，避免虫洞的塌缩。最后，从这个被撑住的虫洞逃离，往一个依然生机盎然的新宇宙中。
加来道雄的设想能实现吗？坦率地讲，可能性是微乎其微。时至今日，我们根本没有发现任何多元宇宙或虫洞存在的迹象，他们只不过是一种假说而已。退1万步，即使多元宇宙和虫洞真的存在，根据永恒暴涨理论不同，宇宙之间也会相距极其遥远，以至于靠虫洞也很难把它们连接起来。从这个意义上来讲，即使真有神级文明，也不太可能摆脱葬身于宇宙大冻结的命运。换句话说，即使真的存在平行宇宙，我们也很难逃脱最终灭亡的结局。
关于宇宙命运，让我们来做一个总结。现在的天文观测表明，宇宙最终的结局已经注定是大冻结了。大冻结理论说的是，早晚有一天，宇宙中的每一个角落都会处于绝对零度，到那时，宇宙将变得空无一物，没有任何天体，没有任何生命和能源，有的只是无尽的黑暗和寒冷。宇宙演化到大冻结状态的过程可以分为四步：首先是用来孕育恒星的能量彻底衰竭，让宇宙进入退化时代；其次是所有的恒星都耗尽自己的能量而逐一熄灭，让宇宙陷入永恒的黑暗；接着是所有的恒星级天体都被引力波带走太多的能量落入星系中心的超大质量黑洞，让宇宙进入黑洞时代；最后是所有的黑洞都由于霍金辐射而蒸发殆尽，让宇宙变成大冻结的状态。加来道雄认为，如果存在能驾驭整个星系所有能量的神级文明，它有可能通过虫洞逃到另一个宇宙，但事实上，实现这种设想的可能性非常渺茫。
当然，现代宇宙学诞生至今，也只有仅仅100多年的时光，浩瀚而神秘的宇宙依然有一大堆的未解之谜等待人类去探索。
好，《平行宇宙》这本书就为你解读到这儿，精华笔记在音频下方，我们明天见。
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