原作者 百度三體吧 短命郭嘉

準備花一段時間放在這本科普書的一些閱讀體驗上，這是本好書，就像《宇宙的琴弦》那樣的好書，值得一看再看！


本帖相當於我閱讀這本書的一個筆記，大家都可以參與討論和學習！


滾鍵盤！以下是大劉為這本科普的代序。


文明的歷程，就是人類越看越遠的歷程，隨着視野的延伸，人們所知道的宇宙變得越來越大。


我小的時候生活在太行山區，那時遠方的山脊線在我眼中曾經是很奇妙的東西，看着那條以空曠的天空為背景的山脊，我總是好奇山的那邊會有什麼東西，漸漸地開始想像山那邊有一個很神奇的世界。對於那時的我，那條山脊線就是世界的邊緣。對於人類的遠古祖先來說，這種感覺可能常常出現，在那時的人們眼中，可能一個山谷就是世界的全部。


不同民族的神話傳說中，都出現過覆蓋全世界的大洪水的敘述，以至於人們曾經認為地球真有過一個大洪水時代。其實這可能是一個誤解，因為神話中的「世界」概念與我們今天大不相同，比如最著名的《聖經》中的大洪水，也聲稱是席捲全世界，但那個世界只是地中海地區及其有限的一個範圍，那次洪水也只是一次地區性洪水而已，即使黑海灌入地中海的猜測成立，離現今意義上的世界性洪災還差得遠。


後來，人類的世界視野擴展到整個宇宙，並延伸到星空中，而在相當長的一段時間裏，人類所認識的宇宙仍然只有太陽系大小，土星和海王星就是宇宙的邊緣。17世紀末恆星視行差的發現，使人類眼中宇宙的尺度發生了一次巨大的飛躍，但直到20世紀初，科學家們仍然認為銀河系就是宇宙的全部。現在，可觀測宇宙的尺度已經擴展到百億年以上，這是一個人類的想像力已經難以把握的巨大存在，而平行宇宙理論告訴我們，這樣一個巨大的宇宙並非存在的全部，而可能只是滄海之一粟。


我們對多重宇宙理論並不陌生，但大多來源於量子力學的多世界假說，而在這本書中，共為我們描述了多達9種可能的多重宇宙，大多以前鮮有聽聞，量子力學的那一種反而放到了最後。


在這9種平行宇宙中，最為直觀的應該是所謂的百納布多重宇宙，我們對宇宙無限的概念並不陌生，在一個無限的宇宙中，相距遙遠的區域必然形成無數的多重宇宙，最驚人的推論是：基本粒子的組合方式是有限的，如果宇宙無限，那麼必然會出現粒子的組合與我們所在的子宇宙相同的其他子宇宙，而這樣的子宇宙也是無窮多個，也就是說，我們的世界可能有無數個拷貝。這是一個在數學上最能為我們普通人理解的多重宇宙模型。最具哲學性的是所謂終極多重宇宙，設想所有可能的規律和參數都是存在的，都能夠成各自的宇宙，甚至包括那些無法用數學計算和表達的規律，這無疑是無窮大中的無窮大了。這樣的宇宙動搖了認識論的哲學基礎，科學探索建立在這樣的動機上，即試圖說明宇宙規律和宇宙參數為什麼是現在這個樣子，但在終極多重宇宙中，所有的可能性都存在，就像鞋店中所有尺寸的鞋子，其中必然有合我們腳的那一雙，這樣探索的意義就大打折扣。除以上兩種外，書中還描述了包括弦論在內的現代最前沿的物理學和宇宙學理論所產生的多重宇宙模型，甚至還探討了可能在計算機中產生的虛擬宇宙。


我一直認為，人類歷史上最偉大最美妙的故事，不是游吟詩人唱出來的，也不是劇作家和作家寫出來的，這樣的故事是科學講出來的，科學所講的故事，其宏偉壯麗、曲折幽深、驚秫詭異、恐怖神秘，甚至浪漫和多愁善感，都遠超出文學的故事。這本書更證明了這個想法。作為一個科幻迷，在讀此書時充滿了閱讀科幻小說的快感，但此書的想像力卻遠遠超越了科幻，其宏大廣闊和瘋狂的程度是任何科幻小說所不及的，比如弦論中的高位空間形態有10的500次方種之多，由此可能產生同樣數量的多重宇宙，而我們所在的宇宙所有基本粒子的總和也不過10的90次方；還有那包含一切可能的終極多重宇宙，科幻小說中從來不敢描述這樣的概念。讀這本書的自始至終，震撼緊跟着震撼，神奇疊加着神奇，書中的思想之遼闊深遠，想像力之瘋狂，讓人頭暈目眩。但本書不是科學幻想，其中的每一種多重宇宙模型，都是嚴謹的科學推論，都有着理論和數學基礎，其含金量是科幻所遠不能比的。所以，科學不是想像力的桎梏，恰恰是想像力的源泉和翅膀。本書的書名本來叫《宇宙的雲圖》，我感覺這個書名更貼切一些，在這幅壯麗的雲圖面前，我們的思想尺度被拉伸到極致，有一種站在無限時空之外的上帝的體驗。


現代科學，特別是物理學，已經進化到極其深奧的領域，其前沿理論所描述的世界已經遠遠超出了我們日常的經驗範圍，而描述這些理論所用的艱深的數學語言也讓人望而生畏。而本書的作者格林卻有一種偉大的才能，能夠把最深奧和晦澀的理論用符合我們現實經驗的語言描述出來，不僅能夠為我們所理解，而且這些描述鮮活生動，富有美感。這種才能在他之前的一本介紹弦論的書《宇宙的琴弦》中已經表現出來，那是我讀過的包括相對論、量子力學和弦論在內的現代理論物理學介紹得最為清晰明白的一本書，格林的才能在這本書中更是發揮的淋漓盡致。同時，本書的翻譯也十分出色，譯者對理論物理學和宇宙學有着專業而深刻的理解，用流暢的譯文完美地表達了原書的意蘊，本書在高層次的科學傳播着作的翻譯中可以說是一個典範。


說到科學傳播，不由生出諸多感嘆。相對於有着明確現實意義的應用科學和技術，每個人更應該了解的卻是最基礎的科學理論，以及其最前沿的進展，因為這是人類眼中與着大自然的最新圖景。如果一個人，從降生起直到老死，終生都沒有走出過家門，這無疑是十分悲慘的人生。而我們如果在短暫的人生中匆忙而過，對超出我們視覺的宏大和微小的世界毫無了解，每天的思想都在生活和工作的範圍里徘徊，那就等於在精神上一輩子沒走出過家門，這無疑是人生的一大遺憾。


曾經，基礎科學的最新理論對社會和人們的思想產生了深刻的影響，哥白尼的日心說、牛頓的古典力學以及達爾文的進化論，莫不如此。但後來，這種影響漸漸消失了，基礎科學，特別是理論物理學，變成了象牙塔上的空中樓閣，離社會生活越來越遠。如果要找出一個界限的話，那就是量子力學，大眾正是在量子力學出現之後才對理論物理學和宇宙學漸漸陌生的。相對於包括相對論在內的基於決定論的古典理論，量子力學以後的物理學顯現出全新的哲學面貌，對人們所習慣和熟悉的認知方式產生了巨大的挑戰，特別對於一直接受單一哲學教育的中國公眾，這種陌生感和挑戰就更加明顯。


於是產生了一個令人不安的現象：在科學技術飛快改變着人類生活的同時，科學的最新的世界觀卻不為人知，社會公眾和科學家眼中的大自然和宇宙差距越來越大，公眾眼中的宇宙仍是一副古典的圖景，這種認知的差距可能成為社會進步潛在的最大障礙。


例如，現代物理學和宇宙學為我們展示了一個極為廣闊的宇宙，而平行宇宙理論的出現，不論書中的9種多重宇宙假說的哪一種成為現實，都使宇宙的廣闊又增加了許多個數量級，將人跡未至的廣漠空間又複製了無數份。這種宇宙與人類在大小上的反差觸摸驚心，這種反差其實是一個明確無誤的哲學上的啟示，召喚着人類走出灰塵般的地球搖籃，去填補那巨大的空白，這種開拓和擴張不僅是文明的使命，更是生命的本質。但是現在，人們顯然沒有感受到這種召喚，他們仍沉浸在古典宇宙圖景中，在人類中心的幻覺里得過且過。


基礎科學日益遠離大眾，有可能使人類躺在技術的安樂窩中再次進入蒙昧時代，社會急需第二次科學啟蒙運動，這就使得《隱藏的現實：平行宇宙是什麼》這樣優秀的科學傳播着作具有不可估量的意義。


2013年3月18日
劉慈欣

簡單列出本書中介紹的9種平行宇宙的名稱：


1、百納被多重宇宙。
2、暴漲多重宇宙。
3、弦論多重宇宙。
4、膜和循環多重宇宙。
5、景觀多重宇宙。
6、量子多重宇宙
7、全息多重宇宙
8、虛擬多重宇宙。
9、終極多重宇宙。

先說說第一個最簡單的多重宇宙：百納被多重宇宙。


百納被是什麼？百度出的圖片是：
可以看出就是一塊塊方布沿着各邊緣堆砌的樣子。


百納被多重宇宙的直觀上的含義也就是這樣的，每一塊方布都是一個子宇宙，無數多個子宇宙就這麼三維空間的方向上並排排列好。


由於宇宙的所有物質是由有限個種類的基本粒子組成，那麼那麼多種基本粒子的各種形態的排列組合就是有限的。而百納布多重宇宙觀說，宇宙在空間上是無限廣闊的，到處都是物質填充在其內部。那麼無限的空間，被有限的排列組合方式所填充，那麼必然存在重複的排列組合。那麼我們目前所觀察到的宇宙（一個子宇宙），全部的基本粒子的排列組合就是一種模式的固定序列。這個序列必然會在無限物質中，重複地出現。所以說，這樣情況下，必然存在好多個與我們這個子宇宙一模一樣的其他子宇宙。


舉個簡單的例子，一個容器（子宇宙）可以放3個玻璃球（其內的物質），而玻璃球有4種顏色（基本粒子形態的排列方式）。那麼這個容器里的玻璃球的顏色組合有幾種？3×4=12種對吧。如果我有1萬個這樣的容器，每個都放入3個玻璃球。玻璃球的顏色只有12種排列方式，所以這1萬個容器中具有大量重複的、相同的玻璃球組合方式。高中學過排列組合的可以秒理解。如果容器有無數個，那麼某種組合的出現數量也將是無限次。

第二個：暴脹多重宇宙。


首先要說的是宇宙大爆炸假說，說的是我們的宇宙起源於一兩百億年前的一次大爆炸，這個大爆炸的起點是一個點狀（無體積，含有能量）的存在。當宇宙大爆炸開始之後，宇宙空間和時間就開始不斷膨脹，直到今天仍然在膨脹。大爆炸也被稱作「宇宙的創生」。


科學家發現了「宇宙微波背景輻射」，是宇宙創生時出現的原始光子，是那種直到現在仍然在宇宙間遊蕩的光子湯。剛開始，這鍋光子湯很燙，能量很高，波長很短很短頻率很高。但隨着宇宙膨脹擴大，光子湯慢慢冷卻了（能量下降）。但光速是恆定的，光子能量下降就意味着波長變長。百億年之後的現在，這鍋光子湯的波長已經長到了微波的範圍（比可見光的波長更長，再長一點就成為尋常的無線電波了），所以稱為微波背景輻射。


暴脹理論。這玩意兒是人們對大爆炸理論與現實觀察數據產生了一種「不可思議的巧合」的思索引出的。也就是說只有假設宇宙初期暴脹過，才能解釋這個看似十分巧合的觀察數據。具體如下：


這個觀察數據指的是，無論我們把望遠鏡對準宇宙的哪個方向，觀測到的宇宙微波背景輻射居然是相同程度的。微波背景居然在全宇宙範圍內是極其均勻的。這看起來很正常，但科學家們找到了一個值得推敲的地方。

微波背景輻射指的是迴蕩於宇宙範圍內的那鍋光子湯，它們自宇宙創生起就在這個不斷膨脹的宇宙里，永遠以恆定的光速奔波。其中的極小一部分光子在最近撞到了我們的望遠鏡里，成為我們了解宇宙奧秘的一個數據。


在我們的物理學家的理論中，有一個非常基礎的假設，那就是宇宙學原理：宇宙中不存在大範圍的特殊的地方，比如某個區域的規律與其他地方是不同的，比如某個區域的某些物理基本參數值不同於其他地方。換句話說，宇宙在大尺度上是均勻的。微波背景輻射的均勻性正好體現了宇宙學原理。


現在我們就得仔細從大爆炸開始，看看宇宙學原理是不是會成立。結果顯示，這樣創生出來的宇宙，出現各向同性（均勻性）的幾率可以說是無限接近於零。換句話說，宇宙學原理不能從大爆炸理論中給出。下面我們仔細看看怎麼回事。就說這個微波背景輻射的均勻性問題。


光子湯有能量，每個光子都有能量，我們可以把這種能量看作是溫度。能量的傳遞或者說溫度的傳遞，必須通過接觸或者輻射的方式來進行。就比如熱的物體要把熱量傳遞給冷的物體，要麼放在一起，要麼通過自身輻射。


而我們在觀察宇宙時發現的微波輻射在全空間範圍內的均勻性，有這麼一個不可思議的地方：


在我們觀察宇宙的一端時發現了新的物質，那意味着那裏發出的光才剛剛到達我們這裏，還沒來得及跑到宇宙的另一端呢。這種情況就指出了，宇宙的兩端根本還沒來得及發生相互影響，沒有接觸過，更沒有任何輻射到達對方。可令人咂舌的是，宇宙兩端的微波輻射居然是完全相同程度的！


這就好像兩個傢伙一出生就被兩個人抱走後獨自成長，相互之間沒有任何交流。結果我們發現他倆說的是同一種語言！除非什麼？除非這兩個抱走孩子的人，說的是同一種母語。問題在於我們的宇宙中，沒有這種抱着孩子走的人。出現這種全同現象，就肯定有一個被忽略了的因素存在着。


還有一個比這個更不可思議的地方就是：為什麼宇宙一端的光子剛剛到達我們這裏，還來不及傳到另一端呢？這麼大的空間是怎麼膨脹出來的？別忘了光速可是速度極限。這意味着宇宙空間的膨脹速度，起碼在某個階段必須超過光速，並且超過很多倍，以至於百億年前發出的光子，到最近才剛剛走完了一小段路程。注，空間的膨脹速度可以超光速，這不違背相對論。


一個叫暴脹宇宙論的理論出現了，它解決了這兩個不可思議。首先暴脹論就是承認宇宙膨脹速度就是超光速的，起碼在宇宙外圍的那部分空間一直在超光速膨脹，而且越來越快永不減速。但是這個理論的一個核心是，宇宙在創生初期，雖然也膨脹，但起始的一個階段膨脹速度不超光速，以一種比較緩慢的方式膨脹。接着在某個臨界時刻，忽然宇宙空間開始了超光速膨脹。


它更解釋了為何來自於互不溝通的兩部分空間的微波背景輻射會完全一樣，那是因為在沒有超光速膨脹之前，光子湯完全可以在整個宇宙範圍內來回跑個遍，抹平了不同區域的溫度差。最終，這個被平均化了溫度差的宇宙，開始了超光速膨脹。接着我們就觀察到了全方位均勻的微波背景輻射。

暴脹論認為宇宙的膨脹速度曲線如下，橫軸為時間，縱軸為宇宙膨脹速度：

這裏再延伸說說這根曲線帶來的問題。在左下方的原點，代表着宇宙的創生。那也是時間的創生，是絕對的0時刻。從那個時刻開始，宇宙就開始膨脹，但膨脹的速度由於一個原因而慢慢減緩，這個原因很顯然就是引力。但是當宇宙空間的體積到達了某個值之後，宇宙膨脹速度由於另一個原因而開始增長，並且是永久性遞增的趨勢。這另一個原因是什麼？廣義相對論告訴我們，也是引力！！！！！！！！！！


當我讀到這裏時我就徹底凌亂了，有一個名詞叫「排斥性引力」，讓我百思不解：引力怎麼可能是排斥效果的呢？？這兩個絕逼相反含義的詞居然被捏在了一起啊，還是物理界最燦爛的明星：廣義相對論所解出的結論。。


好吧這本科普書又花了一大片篇幅來解釋這個概念，我就直接說說我看完後的理解了。


引力並不再是牛頓時代的那個只包含相互吸引的作用力的概念了，在現在看到「引力」兩個詞，必須要立刻在腦海里翻譯成」時空彎曲「。舉個例子，廣義相對論中，離心力也是一種引力，也是一種時空彎曲的方式。離心力卻是形成物體相互遠離效果的。


那麼排斥性引力就是具有排斥效果的時空彎曲。嗯，這樣一來就多了一個途徑來理解了。時空彎曲的方式可以有多種形態，曲率為正的，那就是吸引效果；曲率為負的，那就是排斥效果。排斥性引力可以類比離心力來理解其存在的意義，當然不能直接類比說宇宙在旋轉。。宇宙是否旋轉其實沒有意義，因為找不到絕對可以參考的對象。


當初老愛從廣相推導出這個概念時，賦予了它」宇宙常數「的名稱。老愛用它來抵抗物質之間的相互吸引，來維持宇宙的穩定存在。雖然老愛的這種用法是錯了的，但老愛解出的這個概念確實有用的。暴脹論就是用它來解釋宇宙膨脹加快趨勢的。


這本科普書的作者不是我上面的說法，他說，在廣義相對論中，決定時空彎曲曲率的不僅僅是能量或質量，還有一個決定性因素是」壓強「，這三者共同決定時空彎曲的形式。正壓強形成吸引效果，負壓強形成排斥效果。他還說，空間本身就是天生擁有負壓強屬性的，這並不是指某個東西均勻地分佈在空間裏，而是空間本身具有的。當空間膨脹了，多出來的空間就提供相同的、額外的負壓強，提升排斥效果。


所以一開始，宇宙創生後，空間以慣性膨脹（⊙﹏⊙b汗），空間擴大，空間負壓慢慢增加，排斥效果也慢慢增大。但此時宇宙的物質（各種基本粒子湯）之間的引力是很強大的，阻礙着空間的膨脹，並且強過排斥性負壓。就算如此，空間仍然在膨脹，只不過膨脹速度越來越慢。但當空間的體積達到一定程度後，整體空間的負壓排斥效果就開始超過物質間的正壓引力了，宇宙就開始進入了一個排斥效果永遠大於吸引效果的不歸路。


那麼空間是怎麼會出現排斥性的負壓你呢？作者指出，通過空間局部的量子特徵，能讓空間產生這種排斥效果。

作者用開香檳酒的例子來解釋。我也只能簡單說說了。


開香檳酒，把酒瓶塞往外拉的時候，酒瓶內的能量是減少的。我們都發現（吐，我從來不喝酒不開酒瓶）當瓶塞被拔出的那個時候，瓶口會有青煙冒起。這青煙就是瓶口附近的氣態水蒸氣凝結出來的東西。就是因為瓶內瓶口附近的能量減少了，溫度下降，造成水蒸氣的凝結。這是一個增大體積，卻減少其內部能量的例子。這種場合是「正壓」。我們相反看，如果我把酒瓶塞努力往瓶子裏推，那麼顯然瓶內能量會增加，增加的能量來自於我的推動。這或許就是「正壓」的含義。


現在慮酒瓶內裝的不是酒，而是真空。。只有空間，沒有任何物質。整片空間在它任何的局部微小區域，都有一個量子能量值，我們說這片空間被一片量子能量場所覆蓋。這裏簡單說說什麼是場或者能量場。空間的每一個點都有一個能量值，這個能量值來自於量子特性，於是叫量子能量。而能量場呢，它描述了空間內所有點的能量分佈合情況。場就像是個高級別的函數，對於能量場，那就是給定了一個空間位置，你就能給出一個能量值。用高級點的數學語言來說，場就是一個從三維空間坐標，到一個實數（能量值）的映射。


那麼空間的量子能量又來源於什麼呢？去百度下零點能或許會有收穫。


科學家們指出，空間的每一個位置的這種量子能量，都應該是相同的，或者說空間的量子能量場是均勻分佈的。而且，這個場賦予了空間具有「負壓」的效果。


香檳酒的例子中我們說，拉瓶塞會減少瓶內的能量，或者推瓶塞會增加瓶內的能量，這是「正壓」。於是「負壓」就是相反了，拉瓶塞會增加其內的能量，推瓶塞會減少內部能量。


空間的量子能量場正好是符合這種「負壓」特徵的。當我們拉瓶塞時，增加了瓶內的空間，使得瓶內空間體積增大，瓶內整體量子能量增多。推動瓶塞則相反，減少了瓶內的量子能量。


進一步的理解。


如果香檳酒瓶內裝的滿滿的酒，甚至是過度滿的香檳，那麼我們必須用按住瓶塞的方式，來保證香檳酒不滿溢出來。這對我們來說是，滿滿的香檳給我們帶來的是正的壓強。


那麼什麼情況下，瓶內的東西給我們帶來的是負的壓強呢？只有瓶內的東西不斷地對外產生內吸作用，才會產生這種效果，我們必須時刻拉着瓶塞不讓它被吸進去，才能保證瓶內空間體積不變。注意，這時我們必須不考慮瓶外的大氣壓。與上述正壓相反，這就是負壓。


前面我們說了瓶內的充滿量子能量場的空間是負壓情況的，所以這種空間的量子能量場就是一個會不斷對外圍產生向內吸附作用的存在。


這種樣子的均勻能量場場合下，每一片小空間都會對其他空間小碎塊內的物質產生吸引作用，顯然最外圍的那片空間最大最多，對內部的物質和空間產生更多的吸力，最終效果就是物質不斷往外圍推動，外圍空間不斷擴大，形成空間膨脹。要記住一點，能量場不會因為空間擴大而被「沖淡」，它始終保持着相同的場值。增大的空間造成更大的能量總和，產生更大的「由內向外的吸力」，即更大的膨脹力。這種空間的能量場，被稱為「暴脹場」，專門對暴脹起作用的場。這股膨脹力是如此的巨大，使得空間的膨脹速度遠超光速。


然而科學家們又發現，這種由排斥性引力造成的暴脹，只能存在於很短的時間內。這跟能量的釋放有關。


這部分我的理解也很粗糙，不一定準確。


空間具有量子能或者稱為暴脹能。這些能量也會被釋放，就像積攢着的勢能會釋放成動能一樣。這樣，在之前提到的「空間」好像不是我們現在觀察到的真空，而是另一種具有較多暴脹勢能的東西。高勢能空間？


隨着它的膨脹，它所蘊含的暴脹勢能被釋放，最終成為物質粒子這種能量狀態。降低了暴脹勢能的空間不再是「高勢能空間」了，而是成為我們周圍的這片「低勢能空間」了，那些消失了的暴脹勢能，轉變成了我們的宇宙物質。


所以暴脹的過程只能持續一小段時間，因為暴脹勢能只有那麼多，而且釋放的過程是那麼地快捷。


暴脹論解決了那個宇宙學原理的存在難題。正是因為暴脹前的那些高能背景輻射（現在的微波背景輻射是低能量的）以光速迅速抹平了宇宙各處的差異。所以現在我們觀察到兩片完全沒有通過光子溝通過的宇宙區域，沒有溫度差。

給一張廣義相對論中，能量動量密度（能動密度）張量的組成圖：

暴脹理論帶來的一種多重宇宙觀。


不管暴脹理論現在還沒有被證實，從它卻可以獲得一種合理的想像，這個想像帶給我們的是一個比百納被形式更具有科學素養的多重宇宙場景。


暴脹論指出，原始空間具有暴脹勢能。在大爆炸發生之前，原始空間是怎麼存在的？原始空間是怎麼隨着大爆炸產生的？大爆炸是怎麼產生的？大爆炸理論有一個悖論，那就是大爆炸來自於何處。那個奇點，是一切物理規律都不能描述的存在，是個不合理的地方。


於是有一種說法是：大爆炸之前我們的宇宙的原始空間是一個極小的區域，大概就是普朗克尺度吧。其實有無數個這樣的普朗克尺度大小的「高暴脹勢能空間」存在，並可以認為是緊密排列在一起的，就像是一塊餅乾里的屑粒緊密地排在一起一樣。其實如何排列是不重要的，接下去就知道了。每一個餅乾屑粒都是一個等待着大爆炸的「奇點」。


奇點有暴脹勢能，也有量子抖動。所謂量子抖動就是那種來自於量子論不確定原理的，無法被觀察到的能量上上下下起落現象。有一個閾值，它限定了只有當奇點的能量跌落到它之下後，奇點的勢能就會如同洪水一樣一發不可收拾地轉換成物質粒子，形成暴脹。但通常情況下，奇點的量子抖動幅度都不會達到這個閾值的程度。然而，量子論還有個玩意兒叫「隧穿效應」，即使能量壁壘足夠大，其內的能量漲落不足以超過壁壘而滿溢出去，仍然可以以一種很小的概率穿透這層壁壘，達到滿溢出去的結果。


無數個奇點勢能漲落着，總有那麼幾個奇點隧穿了閾值的能量壁壘，產生了大爆炸，將勢能轉換為物質粒子，形成了一片物質宇宙。我們的宇宙就是其中之一。


書中舉例說整個宇宙就好似一塊瑞士奶酪塊。奶酪塊我們或許不熟悉，反正只需要知道奶酪內部會不斷產生空氣泡。這就像上面說的情形，一開始整個宇宙的每一處都是高暴脹勢能奇點，整個宇宙就像一塊內部尚沒有氣泡的奶酪。接着隨着時間的流逝，由於量子抖動過程和隧穿效應，奶酪內部的各處隨機出現一個個的氣泡，每個氣泡就是一個發生了大爆炸的宇宙。氣泡內的空間暴脹勢能是遠低於氣泡外的奶酪的暴脹勢能的。


氣泡會隨着暴脹過程而急速擴大體積，奶酪塊也隨着急速擴大體積。這個擴大過程因為內部不斷產生新的氣泡，而且舊氣泡也仍然在擴大，而不斷擴大，永不停止。


在這個理論中有一個細節，解釋了我們現實中觀測到的不同區域的宇宙微波背景輻射的一些極微小的差異，有的地方比其他地方更大那麼一點點，有的地方卻更小那麼一點點。這種「有的地方」是一片極其廣袤的宇宙區域，而不是豆腐塊那麼的一小塊區域。


理論說，量子抖動會形成能量的小幅度上下漲落：一會兒稍微大一點，過了一小會又會稍微跌落一點，在平均值附近來來回回。這裏的「一小會兒」指的是普朗克時間尺度之下的時間間隔，而不是抽一支煙的那麼巨大的時間間隔。同時量子抖動又在普朗克空間尺度內，使不同地方的暴脹能發生微小差異。


但是暴脹發生後，空間區域急速擴張。但這時候量子抖動仍然在發生着，這些量子抖動會被空間的急速擴張而迅速地放大到一大片空間區域。我們閒雜觀察到的幾片宇宙區域之間的背景輻射差異，在遠古時代就是普朗克空間尺度下的量子抖動結果。

宇宙微波背景輻射分佈圖：
圖片是能觀察到的宇宙區域。圖中顏色較暗的是能量較低的微波輻射區，較亮處是較高能量的微波輻射區。這些明暗分佈就是源自於遠古時代的一次量子抖動。

需要指出的是，空間的暴脹勢能場還是一種假設，並沒有實驗證據。


回到那個奶酪模型當中，每個泡泡一旦產生，空間就急速增大，越來越大的泡泡使得整片奶酪也隨之增大。結果就是，兩個原本離開一定距離的泡泡，因為期間不斷新出現膨脹泡泡，而相遠離的速度超過了光速（這個叫退行速度），使得這兩個泡泡之間永遠失去了任何聯繫。就算一個泡泡中有一個強大文明，她也無法與領一個泡泡中的文明聯繫，更不用說跑過去看一眼了。


但是每個泡泡被產生後，它們各自內部的規律雖然說仍然是相同的，但形態上會出現完全不同的變化。這並不是說物理參數發生變化，比如兩個泡泡宇宙內光速仍然是同一個數值，光速仍然是最大速度，光速仍然是對不同慣性系對稱的，但每個泡泡的物質環境可能會很不同。比如有的泡泡可以是很光明，有的泡泡所有地區都有強大的磁場，再比如某個泡泡內希格斯場很強，於是那裏的質量都很大。。。


書中着重描寫了希格斯場的情況。先來看看希格斯場是怎麼回事。


很多資料都模糊地說，希格斯場賦予了物質以質量屬性。就這句話，說了等於沒說。


有一個概念與它十分相近，卻在相對論出現之前就出現了，那就是馬赫對引力和質量的新看法，這種新看法不同於牛頓，它與相對論有着密切的關係。當然現在看，這個新看法也不那麼新了，而且廣義相對論中它也不在整體上成立。但這個思路很接近希格斯場對物質質量影響的情況。


看看老馬是怎麼說的吧。


牛頓說萬有引力是物質與物質之間的固有吸引作用力。無論相距多遠，這種引力始終存在於任何倆物體之間。萬有嘛。而每個物體都有個叫引力質量的抵抗引力作用的慣性。至於引力質量為何會出現？牛頓說不出。他只好說這是物體固有的東西。馬赫卻給了物體引力質量的一個解釋：是除了它自身以外，其他所有物體對它的引力綜合在一起造成的一種「牽制效應」。


比如一個很輕的乒乓球，被一大堆緊繃着的橡皮筋拉着在球表面，那麼當我們試圖去推動這個乒乓球的時候，它會呈現出一股遠超出它本身質量的阻力。如果我們看不到橡皮筋，就會以為這個乒乓球很重很重，質量很大。我們可以說，橡皮筋的拉力賦予了乒乓球的質量。


馬赫設想的場景中，許許多多的星系對物體的引力代替了橡皮筋。物體的質量就是那些引力對物體的整體拉扯而形成的阻礙運動變化趨勢的假象。


希格斯場賦予物體質量的思路與這個類似。標準粒子模型說，粒子穿過希格斯場的時候，會努力保持它原有的運動狀態。當我們試圖改變粒子的運動狀態時，會遇到希格斯場對粒子運動狀態變化的阻礙。這個阻礙就體現為質量。


需要注意的是，這種被希格斯場所賦予質量的粒子，只限於基本粒子（電子、夸克），而中子質子的質量更多地來自於其內部的相互作用（強作用力）。


暴脹泡泡宇宙模型里，每個泡泡的希格斯場很可能都有不同的「場強」，同一個粒子在某個泡泡里是這樣的質量，在另一個泡泡里質量會不一樣。這會造成不同泡泡里各種作用力的強度和距離都不同，因為傳遞作用力的也是那些基本粒子，質量來源於希格斯場。這樣，我們這個泡泡里有星系，有太陽由地球，領一個泡泡里可能是什麼物質都沒有，只有隻有一大塊超級固體，我們這種生命是不可能在那些泡泡里存在或者生存的。

接下來作者對泡泡里的時間展開了一番思索。很有趣。


學過相對論的都知道，同一段物理過程的時間，在不同環境中的觀測者那裏是不同的。環境一指相對速度，二指引力場強度。這在整個宇宙（泡泡）的尺度上，整體的統一的時間就失去了意義。


於是我們可以嘗試用另一種東西來代替原本的時間觀。當這種東西在全宇宙里有統一的表現的話，那麼就可以使用這麼的一個全局時間概念。


這種新的時間測量方法，就是去測量宇宙空間某一點位置上的「暴脹能量值」（書中稱之為暴脹場取值）。當泡泡里兩個點位置的暴脹能值相等，我們就可以說這倆地點經歷了相同的時間間隔。


應該這麼說，泡泡一旦產生了，暴脹能量就會迅速跌落，散發出來的能量形成了物質粒子。於是每一處的暴脹能量在泡泡開啟後，都會不斷下跌再下跌，只是跌得不再如暴脹時期那麼快了。於是暴脹能量值，可以看做是一個全泡泡內都可以精確測量，並且相互比較的時間概念了。比如可以這麼說一段時間：能值從100到20這段時間，或者索性說時間等於-80（沒有單位或者其他什麼單位）。


接着作者給出了一個令人瞠目結舌的結論：對於泡泡外部的觀測者來說一段永無止境的時間，在泡泡內部觀測者眼裏，只不過是某個時刻的無限廣闊的空間。


這說出了兩層意思：
1、泡泡外觀測者的時間觀，與泡泡內觀測者的時間觀是截然不同的，兩回事。
2、泡泡內的時間與空間，相當於泡泡外的空間與時間，反過來的。
這使我想到了某種對黑洞內部時空結構的說法：進入了黑洞視界後，時間變成了空間，空間變成了時間。


其實這種說法只是把泡泡內外的兩個觀測者放在了不同的角度來看問題，有點譁眾取寵的感覺。


對於泡泡內部的觀測者來說，他在某個時刻看到的整片宇宙，其實是這個宇宙不同時刻發出的光所呈現出來的一種「幻像」。比如我們現在看到一百億光年外的星系，那是這片星系在一百億年前的樣子，不是「現在」的樣子，「現在」那片區域可能根本沒有任何星系在那裏遊蕩。


那如果泡泡已經存在了無限長的時間（泡泡外的時間觀），泡泡內的觀測者就會看到無限久之前的宇宙樣子，呈現出的就是一片無限大的空間。


這個看似有點譁眾取寵的說法，只是為了提出那個百納被宇宙是可以存在着的，由永恆的暴脹所產生。而且在這裏，每一個泡泡都是一個無限大的百納被宇宙，這樣的百納被宇宙又有無限多個。

第三種，弦論的多重宇宙


弦論嘛，可以去看格林寫的《宇宙的琴弦》，對弦論的介紹很詳細，比這本科普詳細的多。弦論就是後來人繼續走老愛曾經獨自一人走過的那條路之後出現的一個統一場理論，就是那種能解釋一切的終極理論。


過去幾百年來的物理學理論，都是沿着「各種概念、各種方法的不斷統一」這條途徑前進的。這條路被老愛提升到最高的角度，他就是研究那個能解釋一切的終極理論的鼻祖。之後由於量子力學這門旁支的崛起，大量物力資源（人、物資、實驗）都投入到這個新興理論上，造成統一之路的暫時中斷，只有老愛一個人在做着失敗的嘗試。當然，量子力學如果不成熟，統一之路也走不起來，老愛那些嘗試也不全失敗，起碼證明了這點。


量子力學在研究原子內部時發現了另外的兩種作用力（強力和弱力），這下補全了全部的四種作用力。對除了引力之外的其他三種力的研究過程中，逐漸發現它們具有統一的基礎。於是統一思路又一次復燃，這三種自然力被統一到了標準模型中，但無論如何，就是無法用同樣的辦法去搞引力。


超弦理論（弦理論）就是達到納入引力這個目標的一個方法，那是目前看起來最有希望統一四種自然力的終極理論，但是極度缺乏實驗證據（可以說到現在為止一個都沒有，是無法被證偽的）。


一大波新概念撲面而來了。


首先就是量子場的概念。前面說過，場就是一個空間的高級函數。可以把場看做是一股彌散在整個空間的「迷霧」。這裏稍微擴展一點點。場是空間坐標的函數，給定一個空間坐標，就有一個場值與之對應。每個空間坐標（位置）都存在且唯一地存在一個場值。這個場是什麼，那麼場值就是什麼。比如說大氣溫度吧，只要有空氣存在的地方，都有那個地方的空氣溫度。每一個地方（坐標）都存在着一個溫度值，不同位置有不同的溫度值。於是這個就叫溫度場，場值就是溫度值。


溫度場的場值是一個實數，叫做標量場，其他場的場值不一定是實數了，也可能是個矢量（比如大氣的速度場，每個空間位置有一個速度矢量），那叫矢量場，或者張量（比矢量更高級更複雜的一個東西，廣義相對論的引力場就是個張量場，每個空間位置都有一個時空曲率張量）。


標量場，矢量場和張量場都是經典的場概念，是無限連續、無線光滑的，空間坐標的變化是光滑的，場值的取值也是光滑的。量子場則是相反，空間坐標和場值只能一份一份地取值，是離散的，是數碼化的，就像量子論那樣。


當大家企圖用量子場論（其它三種力）的數學方法處理引力時，卻出現了「概率無窮大」這個毫無意義的結果。概率的取值範圍是0到1之間，概率無窮大不是指「必定發生」，概率等於1才意味着這點。


量子場論有一個基本思路就是量子抖動，分析引力和其他三種力的量子抖動，有本質的不同。其它三種力就好像在舞台上幾個道具，各自的抖動就是簡單的抖動。引力卻是那個舞台本身，如果舞台也那樣的抖動，那麼抖動就會無限重複地疊加到舞台本身，最終舞台塌了。


要指出的是，分析引力的場合只能是那種極小範圍內存在極大質量能量的情況，比如黑洞，比如宇宙創生。書裏提到了普朗克長度：10的-33次方厘米，這個尺度小到無法想像，原子核的尺度比它大得多了（超過10個數量級，也就是大1後面10個0倍）。書中有個比喻：如果把一個原子放大到可見宇宙那麼大（一兩百億光年），那麼普朗克長度只是一棵樹的高度。量子抖動就是發生在普朗克長度以下的。還有一個叫普朗克質量的東西，是質子質量的10的19次方倍。


弦論說，一條具有能量的弦，是組成一切基本粒子的最基本的存在。換句話說，任何基本粒子（電子、夸克、中微子等等）其實一根相同類型的弦的不同存在方式。弦有能量，就會震動。振動有頻率和振幅。於是弦的能量也有大有小，還有各種不同的表現方式，就像音弦那樣。宇宙萬物由許許多多的弦組成，就像一曲能量的交響曲（詳見《宇宙的琴弦》）。


弦的振幅大，頻率高，那就是能量高，質量大。弦的某些振動形式對應着「電荷」，產生電磁力，產生同性相斥異性相吸的奇怪效果。弦的另一些振動形式對應了一種叫「色荷」的東西，那是強作用力的「荷」，產生了強作用力這個玩意兒。這方面看，引力最簡單，只有一種「荷」就是質量。電磁力複雜一點，有兩種「荷」：正和負。強作用力則有三種「荷」，於是人們用三原色來代表這三種荷。弱作用力我就不那麼清楚了。


弦的尺度（相當於直徑）極小，也就是普朗克長度的程度，所以從理論上都看不到弦的內部結構。現在已知的所有的基本粒子，都是弦的某些固定的振動方式。總有一天通過計算，可以直接從理論上推測出新的基本粒子。


另大家重視弦論的一點是，已經找到了一種弦的振動模式，正好可以用來描述引力。否則，弦理論也不過是個捏出來的泥巴。


量子場論指出，任何一種量子場都有對應的量子，也就是某種基本粒子，它充當着傳遞該種作用力的媒介作用。比如電磁場就對應着光子，光子傳遞電磁力。那麼引力場也有一種叫引力子的基本粒子了，它的量子特性，正好是弦的某種振動模式所能夠描述的。於是很自然地，那種振動模式的弦就被按上了「引力子」的名稱，成為了傳遞引力的還沒被實驗發現的假想基本粒子。


於是，弦論擁有一個極其令人興奮的特性，那就是擁有從量子論到相對論的全部特徵，它融合了這兩個一直以來都水火不容的基本理論框架。

原作者到這裏就停更了。

好文是好文，可惜原作者棄坑了