宇宙概念的嬗变
宇宙概念的演变
作者简介:陈，，博士，研究员，博士生导师。1999年，他毕业于美国哥伦比亚大学物理系，现在是国家天文台宇宙暗物质和暗能量研究小组的首席科学家。他入选中国科学院百人计划，获得国家杰出青年基金，主持“863”项目，发表研究论文60余篇。)
我曾经听一位老先生说过，在20世纪80年代编纂天文学词典时，有三个词很难定义，最后不得不进行定义。这三个词是“时间”、“空间”和“宇宙”。我当时想，我们不是经常听到古人说“宇宙”这个词用来指宇宙的各个方面吗，从古代到现代？定义它有什么困难？另一方面，人们对“宇宙”确实有许多不同的理解和想法。
当我第一次进入大学时，我阅读了一系列具有争议性的文章，其中包括一些从20世纪70年代末到80年代初中国关于宇宙学的哲学辩论。辩论的焦点是有限和无限的宇宙。当时，哲学教科书中的标准说法是“宇宙在空间和时间上都是无限的”，而大爆炸理论认为宇宙的年龄是有限的，宇宙空间可能是无限的，也可能是有限的。这本集子里的大多数论文都把大爆炸宇宙学理论批评为“唯心主义”，只有少数论文为它辩护。然而，在当时高度意识形态化的话语体系中，这并不容易。我记得主要的论点是，大爆炸理论中提到的“宇宙”不同于宇宙的哲学概念。它指的是“哈勃体积”，因此与“无限宇宙”的哲学命题并不矛盾。
哲学教科书中的“宇宙中的无限”概念可以追溯到恩格斯，但恩格斯只是总结了19世纪科学界的共同观点，他无法预测20世纪出现的相对论和宇宙学。如果恩格斯的声明不被视为神圣的教条，那些批判文章的大部分基础将自动消失。
然而，辩护文章中提出的论点确实有些道理。大爆炸理论中提到的“宇宙”通常指时间和空间的可观察部分，但不一定包括所有的时间和空间。例如，如果我们回到所谓的大爆炸奇点，现有的物理理论将会失败，我们无法安全地推断这个“以前”是什么。
在一些模型中(如循环宇宙模型)，奇点前的宇宙正在收缩，并在奇点处反弹。在其他模型中(如霍金-哈特*模型)，奇点处没有“以前”的概念。宇宙学家说“宇宙起源于大爆炸”，这意味着宇宙的这一部分在奇点之后是来自高温高密度的“大爆炸”阶段。这在科学上是肯定的，但这并不意味着在大爆炸之前没有空间和时间的可能性。然而，普通人通常把宇宙这个词理解为所有时间和空间的总和，所以他们把这句话理解为否认大爆炸之前有时间和空间，这可能会导致一些误读。
这里提到的哈勃体积是指原则上可以观察到的范围，而不是我们用现有技术可以达到的范围。无论观测技术如何改进，我们只能看到大爆炸后发射的光子。由于光传播的速度有限，可观察的范围有限，这就是所谓的地平线。不仅如此，新的观察还发现，宇宙的膨胀正在加速，这意味着那些远离我们的人离开得越来越快，他们发出的光子永远不会到达地球。我们对宇宙的观察将永远局限于一个领域。
然而，尽管不可能直接观察地平线以外的时空，但可以从理论上推断出来。1980年，古思提出了宇宙膨胀理论，林德等人相继提出了改进的模型。
根据这个理论，在我们可观察到的时空范围之外，还有无数的时空区域。与大量膨胀产生的时空相比，我们可观察到的时空甚至不足以被描述为沧海一粟。此外，这些区域可能与我们生活的宇宙非常不同，甚至一些物理定律也可能与我们的宇宙不同。
随着膨胀理论的预言一个接一个地得到证实，这些在我们哈勃体积之外的宇宙引起了人们的极大兴趣和讨论。我们应该怎么称呼他们？
一些学者称这些超出观测范围的宇宙为“多元宇宙”，这与最初的“宇宙”一词相反。一些学者，如斯摩林，不喜欢这个词，认为这些区域只是宇宙的不同部分。尽管如此，“多元宇宙”和“平行宇宙”具有相似的含义，毕竟使用起来更方便，所以它们已经变得广泛流行。
在此之前，另一个“平行宇宙”的概念也出现在量子力学的讨论中。量子系统的状态由波函数描述，波函数根据薛定谔方程演化。根据通常的哥本哈根解释，在量子测量之后，系统将以与波函数模式的平方成比例的概率随机进入其中一个状态，并且波包“崩溃”。1954年，普林斯顿大学的研究生埃弗雷特(Everett)提出了一个看似疯狂的想法:在量子测量中，也许根本不存在波包崩溃，但世界被分成无数不同的平行分支，在这些分支中，量子测量的结果是不同的，世界每个分支的观察者只能看到一个结果。
后来，德威特将其命名为“多世界理论”。虽然听起来不可思议，但这个理论满足了所有的观察。尽管仍有许多争议，但它现在已经成为量子力学的主流解释之一，许多科幻小说和电影都以它为题材——主人公在某些世界死去，但却生活在另一些世界。
对一些科学家来说，多重宇宙的概念有一种令人讨厌的形而上学味道。它们很难被检验和证伪，证伪性不是科学进步的关键吗？然而，正如庄子在他的《快乐之旅》中感叹的那样，“朝鲜细菌不知道黑暗的新月，沙蝇不知道春天和秋天”。如果朝鲜的细菌和沙蝇足够聪明，它们也许能够超越它们短暂的寿命，想象一年中的白天、黑夜和四季。多元宇宙对我们来说就像白天、黑夜和季节对朝鲜菌类和沙蝇一样。