又想来科普一下
因为不管是台湾或国外 只要是关于"多重宇宙"的新闻 总是会得到很多关注
并且内容经常是过度宣称的
我不做高能 也不做宇宙学 顶多只懂到一些非常基本的弦论
我以下提及的大概有一半都是看外国物理学家的部落格而得来的
(与其浪费人生看一堆"科普"新闻 并且不想花一堆时间看教科书
我是很建议英文够好的板友 直接看这类部落格 国外很多教授或研究人员热衷于部落格写作)
欢迎真正在做这方面的人稍微指正
(反正这个版连刚刚那种文都还有一堆人推 我想我这篇应该相比之下好一些吧...)
什么是多重宇宙? 其实就如字面上一样
没这么复杂 就除了我们生活的宇宙 还有其他宇宙
这些宇宙的物理可能跟我们的宇宙不同
本来这个想法终究只存在於哲学上 恐怕很多人很早的时候都会自己想过类似的想法
问题不在于这个想法
我想要要解释的 是为什么这个想法怎么进入物理界 并受到某一些社群受到欢迎
大家都知道找到了希格斯粒子 并且也知道了其质量
但是 希格斯粒子的质量有个很奇怪 其他已知粒子所没有的问题:
大家大概多少都听过就算是真空也不是真正的空 而会因为量子效应 产生能量的扰动
这种扰动的能量要到多高 原则上都是可能的 顶多是机率上有差异
当你放了一颗希格斯粒子到真空 它的质量会受到这些扰动而改变
当然不是只有希格斯粒子有这种现象
事实上是 根据量子场论的方式直接很天真的直接计算
会发现很多粒子的质量都是无限大
当然这不可能 于是物理学家开发出一套方法规避这问题
得出的推想是 由于我们不知道能量更高的时候的物理定律
所以我们的计算在高能时的量子效应修正时可能会出错
所以必须要设某个"我们的物理定律可能出错"的能量尺度上限
有很多其他原因帮助我们推论这个尺度可能是什么
但希格斯粒子有个独特的问题
那就是 相比其他粒子 它对更高能量扰动的依赖
对于这种能量尺度上限的依赖 是非常非常的敏锐的(如果你按照标准模型的架构来计算)
这代表什么呢?
这代表这让物理学家感到有点不太"自然" 因为一个物体在低能状态的质量
会受到高能的物理任一丁点的改变而有严重的影响
所以我们几乎不能解释为什么希格斯粒子的质量是这样的低
因为理论上 它会受到高能量时很严重的量子效应修正 而变的非常大 但它却没有
如果你为了规避这个问题 为了在标准模型架构下解释为什么希格斯粒子质量这么低
那么某些物理量 就必须一开始就得取到非常非常的精准
这就似乎意味着:
如果宇宙只有一个 那么神在选择这些物理量时 几乎没有什么其他种选择
这个问题叫做Hierarchy problem 是物理界至今为止的一个重大"问题"之一
(如果你觉得它是个问题的话)
你也许不觉得这是个问题 但物理学家总是希望任何不太自然的东西背后都有更简单的道理
于是很多对于beyond standard model物理的猜想 都是由此而来
Hierarchy problem有各种不太一样的说法 也有除了粒子物理以外的版本
有兴趣的人可以自行google
为了解决这个问题 为了让一切看起来比较自然
有一个很多物理学家相信的模型 叫做超对称 可以解决这问题
在超对称理论里 每个粒子都会有各自对应的超对称粒子
(费米子对应超对称的波塞子 波塞子对应超对称的费米子)
由于这些超对称粒子的质量很大 我们至今没有发现
如果你在计算希格斯粒子质量的量子效应修正 加入这些超对称粒子的效应的话
你会发现 之前对于高能量尺度的敏锐依赖就消失了!
于是 这就是为什么物理学家会喜欢超对称的一个原因之一
当然还有很多原因 像超对称比较漂亮 超对称可能可以顺便解决暗物质问题 诸如此类的
然而 本来不少物理学家预期 LHC一开后的早期阶段 就能找到超对称粒子
现在不仅没找到 某些最简单版本的超对称 甚至几乎已经死了
但由于超对称的版本和参数都相当的多 在LHC明年重开以前 都还无法下判定
甚至有一些超对称理论的热情拥护者 认为LHC没有找到超对称都不代表什么问题
只是 如果你希望超对称能解释hierachy problem 那么它发生的能量尺度就不能高过头
但还有另一种想法能规避这种问题 那就是:其实不只有一种宇宙可以选择
这样的话 神在决定那些物理量的时候就不会只能取一种
而为什么我们会观测到这些物理常数 只是因为如果不是在这样的宇宙 就不会有我们存在
这种哲学叫做人择原则 如果只有一种宇宙存在 人择原则就机率上而言是没什么说服力的
这种多重宇宙论 本身而言 缺乏什么物理上的根据
但九零年代 弦论学家发现在弦论的架构里 实现多重宇宙是很自然的事
被称作string landscape 于是至少在弦论里 这是可能的事
加上最近几年超对称一直没找到
比这更可怕的可能性是
如果我们持续在一段更高能量区间都"什么都没找到"
那么这简直就在暗示著 这个宇宙的确真的是不太自然的(或者有什么我们不知道的原因)
无论结果是什么 都有待于明年LHC的重新启动 或未来更高能的加速器来判定
但荒谬的是什么呢? 荒谬的是 超对称本来最早就是研究弦论的人提出来的啊!
在早期的弦论中 超越光速的粒子(Tachyon)会对于弦论有麻烦
于是他们猜想出猜对称 来解决这个麻烦
而加上超对称的理论 就被称为超弦理论 这是为什么最早会有弦论的人拥抱超对称
然而 最近的确LHC什么都没找到 可是就如同上面所说的
如果持续"什么都没找到" 对某些人而言 这似乎反而是对于弦论(而不一定是超弦)的支持
他们的论证方式大体是如以下的:
因为这代表如果只有一个宇宙 是很不自然的
所以就机率而言 应该要有很多个宇宙 而在弦论里 多重宇宙是很自然的
所以这支持弦论的正确性
(至于本来的超光速粒子的问题 似乎还是有其他办法 不过我不是很懂
或者是可以干脆直接假设超对称出现在极高的能量尺度
只是如此就无法用来解释希格斯粒子的质量问题 )
至于你说有没有别的方法来解决这种不自然的问题 只是我们还没想到?
对于拥抱弦论的人而言 这当然是较不讨喜的可能性
于是乎 多重宇宙论就受到不少偏好弦论的物理学家的欢迎
于是你总是可以看到一些相关的新闻 宣称多重宇宙解释了什么什么
但不少科学家对于这种论证的态度 依然是持保留的
因为这些方式 常常都只是其中一种解释法
既不一定具有决定性或唯一性 也经常不具有否证性
就如同这篇新闻一样 他们在CMB中发现有一些微小的统计偏差
于是解读为是因为其他宇宙的牵引或碰种
就算其实还有其他种解释方法 相信的物理学家不会比较少(甚至也许是更多)
获得的大众关注却远远不及多重宇宙诠释法
比这些都还要更可怕的其实是:
就算string landscape真的是正确的 多重宇宙的确是存在的
人类却"可能"永远都无法借由"任何方式"(而非尚未找到)判断其正确性与否
这种可能性 是存在的