이런' 우주' 정의를 통해 사람들은 이것이 단지 형이상학적 방식일 뿐이라고 생각할 수 있다. 그러나 물리학과 현학의 차이는 이론이 이상하게 보이는지, 알아차리기 어려운 것이 포함되어 있는지 여부가 아니라 실험에 의해 검증될 수 있는지의 여부다. (알버트 아인슈타인, 과학명언) 수년 동안 물리학의 최전선은 구형 지구, 보이지 않는 전자기장, 시간 고속 흐름, 양자 겹침, 공간 굽힘, 블랙홀 등과 같은 추상적인 개념을 흡수하고 융합해 왔습니다. 최근 몇 년 동안' 다원우주' 의 개념도 이 목록에 추가되어 상대성이론과 양자역학과 같이 이전에 검증됐던 이론들과 함께 적어도 하나의 경험과학이론의 기본 기준 (예측) 에 도달했다. 물론, 얻은 결론도 틀릴 수 있다. 지금까지 과학자들은 최대 네 가지 유형의 독립 평행 우주에 대해 토론했다. 지금 중요한 것은 다중우주의 존재가 아니라, 그것들이 얼마나 많은 층을 가지고 있는가 하는 것이다.
첫 번째 수준: 지평선을 넘어서
모든 평행 우주는 첫 번째 다중우주를 구성한다. -이것은 논쟁의 가장 작은 층이다. 모두들 이런 사실을 받아들인다. 비록 지금 우리는 다른 자신을 볼 수는 없지만, 우리는 다른 곳에서 그것을 관찰할 수도 있고, 아예 같은 곳에서 오래 기다릴 수도 있다. 해수면 위에서 오는 배를 관찰하는 것과 같습니다. 지평선 밖의 물체를 관찰하는 것과 비슷합니다. 빛의 비행과 함께, 관찰 가능한 우주의 반경은 매년 1 광년 확대된다. 너는 거기에 앉아서 바라보기만 하면 된다. 물론, 당신은 다른 우주의 빛이 여기에 도착하는 날을 기다리지 못할 수도 있지만, 이론적으로 우주 팽창 이론이 성립되면 당신의 후손들은 슈퍼망원경으로 그것들을 볼 수 있을 것이다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 과학명언)
어떻게, 다중우주 1 층의 개념은 눈에 띄지 않는 것처럼 들립니까? 공간은 무한하지 않나요? 어느 곳에' 공간 끝, 아래 도랑 조심해' 라고 적힌 간판이 있다고 누가 상상이 되나? 만약 그렇다면, 사람들은 본능적으로 의문을 제기할 것이다: 도대체' 외부' 가 무엇인가? 사실, 아인슈타인의 중력장 이론은 이미 우리의 직관을 문제로 만들었다. 공간은 일정한 곡률이 있거나 우리의 직감적인 토폴로지 (즉, 상호 연결된 구조) 가 아닌 한 무한하지 않을 수 있습니다.
구형, 도넛 또는 나팔 모양의 우주는 크기가 제한적일 수 있지만 경계는 없습니다. 우주 마이크로파 배경 복사에 대한 관측은 이러한 가설을 검증하는 데 사용될 수 있다. 또한 문장 참조, 우주는 제한되어 있습니까? "저자 장 피에르 루미네, 글렌 D 스타크만, 제프리 R 웨이크스, 사이언티픽 아메리칸' 4 월 1999 그러나 지금까지의 관측 결과는 그것과 상충되는 것 같다. 끝없는 우주의 모형은 관측 데이터와 일치하며, 강한 제한이 있다.
또 다른 가능성은 공간 자체가 무한하지만 모든 물질은 우리 주변의 제한된 지역인 한때 유행했던' 섬 우주' 모델로 제한된다는 것이다. 이 모델의 차이점은 물질 분포가 대규모로 프랙털 패턴을 나타내고 끊임없이 소산된다는 것입니다. 이 경우, 첫 번째 다중우주의 거의 모든 우주는 결국 공허해지고 잠잠해지게 된다. 그러나 최근 3 차원 은하 분포와 마이크로웨이브 배경에 대한 관측에 따르면 물질 조직은 대규모로 모호한 균일성을 보이며10 24m 보다 큰 규모에서는 명확한 세부 사항을 관찰할 수 없는 것으로 나타났다. 이 패턴이 계속된다고 가정하면 허블 볼륨 밖의 공간도 행성, 별, 은하로 가득 차게 될 것이다.
관측 가능한 우주 이상으로 확장되는 데이터 지원 공간이 있습니다. WMAP 위성은 최근 마이크로웨이브 배경 복사의 변동을 측정했다 (왼쪽). 최대 진폭이 0.5 kHz 를 넘으면 공간이 매우 크고 무한대라는 것을 의미합니다 (가운데). 또한 WMAP 와 2dF 은하 적색 이동 탐지기는 물질이 매우 큰 규모로 공간에 고르게 분포되어 있음을 발견했다.
첫 번째 다원우주에 사는 서로 다른 평행 우주에 사는 관측자들은 우리와 같은 물리 법칙을 느낄 수 있지만, 초기 조건은 다를 뿐이다. 현재의 이론에 따르면, 물질은 빅뱅 초기에 어느 정도의 무작위성으로 던져졌는데, 이 과정에는 물질 분포의 모든 가능성이 포함되어 있으며, 각 가능성은 0 이 아니다. 우주학자들은 우리 우주가 거의 균일한 물질 분포와 초기 파동 상태 (100000 의 가능성 중 하나) 를 가지고 있다고 가정하고 있으며, 이는 상당히 전형적인 (적어도 관찰자를 생산하는 모든 평행 우주에서는 전형적) 개체라고 가정한다. 그러면 가장 가까운 사람이 10 (10 28) 미터 밖에 있을 것이다. 10 (10 92) 미터 밖에 100 광년 반경이 있는 지역만 있는데, 그 안의 모든 것은 우리가 사는 공간과 똑같다. 즉 미래/Kloc 적어도10 (10118) 미터 떨어진 곳에서는 면적이 허블의 크기로 늘어납니다. 즉, 우리와 똑같을 것입니다
상술한 추정은 매우 보수적이다. 허블 볼륨 하나만 열거하고 온도가 10 8 켈빈 공간보다 낮은 모든 양자상태를 열거합니다. 계산 단계 중 하나는 다음과 같습니다. 허블 볼륨 공간은 그 온도에서 얼마나 많은 양성자를 수용 할 수 있습니까? 답은 10 1 18 입니다. 각 양성자는 존재하거나 존재하지 않을 수 있습니다. 즉 * * * 2 (10118) 의 가능한 상태가 있습니다. 이제 허블 공간 2 개 (10 1 18) 를 담을 수 있는 상자 하나만 있으면 모든 가능성이 바닥납니다. 만약 상자가 더 크다면, 예를 들어 변길이가101118) 미터인 상자-비둘기 구멍 원리에 따르면 양성자 물론, 우주는 양성자뿐만 아니라 두 개 이상의 양자 상태를 가지고 있지만, 우주가 수용할 수 있는 총 정보의 양도 비슷한 방법으로 추정할 수 있다.
우리와 똑같은 또 다른 우주와의 평균 거리는 이론적으로는 그렇게 멀지 않을 수도 있지만 훨씬 가까워질 수도 있다. (윌리엄 셰익스피어, 햄릿, 과학명언) 물질의 조직도 다른 물리 법칙의 제약을 받기 때문이다. 행성의 형성 과정과 화학 방정식 등 몇 가지 법칙을 감안하여 천문학자들은 우리 허블 부피에만 최소한 10 20 개의 행성이 사람이 살고 있다고 의심한다. 그 중 일부는 지구와 매우 비슷할 수 있습니다.
첫 번째 다중우주의 틀은 일반적으로 현대 우주론의 이론을 평가하는 데 사용된다. 비록 이 과정이 거의 명확하게 표현되지는 않지만. 예를 들어, 우리 우주학자들이 어떻게 마이크로웨이브 배경을 통해' 구형 공간' 의 우주 형상을 그리려고 하는지 살펴보자. 공간 곡률 반경에 따라 우주 마이크로웨이브 배경 다이어그램의 "핫 영역" 과 "콜드 영역" 의 크기는 몇 가지 특징을 나타냅니다. 관찰 영역 표시 곡률이 너무 작아 구형 닫힌 공간을 형성할 수 없습니다. 그러나 통계의 엄격함을 유지하는 것이 중요하다. 각 허블 공간에서 이러한 영역의 평균 크기는 완전히 무작위입니다. 그래서 우주가 우리를 홀랑거리는 것은 공간의 곡률이 폐쇄된 구를 형성하기에 충분하지 않은 것이 아니라, 관측된 면적을 작게 만드는 것이 아니라, 단지 우리 우주의 평균 면적이 자연히 남보다 작기 때문일 뿐이다. 그래서 우주학자들이 그들의 구형 공간 모델이 99.9% 믿을 만하다고 맹세할 때, 그들의 진정한 뜻은 우리 우주가 이렇게 어울리지 않는다는 것이다. 1000 개 허블 볼륨 중 하나만이 그럴 것이다. (알버트 아인슈타인, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 우주명언)
이 수업의 중점은 우리가 다른 우주를 관찰할 수 없더라도 다중우주 이론은 여전히 실천적으로 검증될 수 있다는 것이다. 관건은 첫 번째 다원우주에 있는 각 평행 우주의 * * * 를 예측하고 그것의 확률 분포, 즉 수학자가 말하는' 측정' 을 지적하는 것이다. 우리의 우주는' 가장 가능성이 높은 우주' 중 하나여야 한다. 그렇지 않으면-불행히도, 우리는 가능성이 적은 우주에 살고 있습니다. 그러면 이전에 가정한 이론은 큰 문제가 될 것입니다. 우리가 다음에 논의할 바와 같이, 이 측정 문제를 어떻게 해결할 것인가는 상당히 도전적일 것이다.
두 번째 관문: 팽창 후 남겨진 기포.
제 1 급 다중우주의 개념이 소화가 쉽지 않다면, 다음 1 급 다중우주 무한군의 구조, 즉 군들이 서로 독립적이고, 심지어 시공차원과 물리 상수가 다르다는 것을 상상해 볼 수 있다. 이 집단들은 두 번째 다원우주를 구성한다. 현대 이론에 의해' 무질서한 지속적인 팽창' 으로 예언되었다.
빅뱅 이론의 필연적인 확장으로서,' 팽창' 은 이 이론의 많은 다른 추론과 밀접한 관련이 있다. 예를 들어, 왜 우리 우주가 이렇게 크고 이렇게 규칙적이고 매끄럽고 평평한가? 그 대답은 "공간은 빠른 스트레칭 과정을 거쳤다" 는 것인데, 이러한 문제뿐만 아니라 우주의 다른 많은 특성도 설명할 수 있다. 애륜 H 구스와 폴 J 스탠하드의' 팽창한 우주' 를 참조하십시오. 과학미국인, 5 월1984; 자기 전파 팽창의 우주작가 안드레 린드, 1 1 월 1994' 팽창' 이론은 많은 기본 입자 이론에 의해 표현될 뿐만 아니라 많은 관찰에 의해 확인됐다. "무질서한 지속" 은 최대 규모의 행동을 의미합니다. 공간은 전체적으로 신축되고 있으며 영원히 계속될 것이다. 그러나 일부 특정 영역은 당기는 것을 멈추고 부풀어 오른 토스트 내부의 거품처럼 별도의 "버블" 을 생성합니다. 이런 거품은 셀 수 없이 많다. 이들 각각은 첫 번째 다중우주다. 크기가 무한하고 에너지장 파동으로 침전된 물질로 가득 차 있다.
지구에 있어서, 또 다른 거품은 무한히 멀어서, 네가 빛의 속도로 여행해도 영원히 도착할 수 없을 정도로 멀다. (윌리엄 셰익스피어, 햄릿, 희망명언) 지구와' 다른 기포' 사이의 공간이 당신의 여행 속도보다 훨씬 빠르게 뻗어나가기 때문이다. 만약 다른 거품 속에 또 다른 당신이 있다면, 당신의 후손조차도 결코 그를 관찰하고 싶지 않을 것입니다. 같은 이유로, 즉, 공간이 팽창을 가속화하고 있으며, 관측 결과는 실망스럽다. 1 층 멀티공간의 다른 한 쪽도 볼 수 없다.
다원우주의 2 층은 1 층과 매우 다르다. 버블은 초기 조건뿐 아니라 모양도 다릅니다. 현재 물리학의 주류 관점은 시간과 공간의 차원, 기본 입자의 특성, 그리고 소위 물리 상수가 모두 기본 물리 법칙의 일부가 아니라' 대칭 파괴' 라는 과정의 결과라고 생각한다. 예를 들어, 이론물리학자들은 우리 우주가 9 개의 동등한 차원으로 구성되었다고 생각합니다. 우주의 초기 역사에서, 단지 3 차원만이 공간 잡아당김에 참여하여 우리가 지금 관찰하고 있는 3 차원 우주를 형성했다. 다른 6 차원은 지금 관찰할 수 없다. 왜냐하면 그것들은 아주 작은 규모로 웅크리고 있기 때문이다. 모든 물질은 이 세 개의 완전히 신축된 차원' 표면' 에 분포되어 있다. (9 차원의 경우 3 차원은 단지 표면일 뿐, 혹은' 막' 일 뿐이다.
우리는 3+ 1 차원의 시공간에 살고 있는데, 우리에게는 특별히 뜻밖의 일이 아니다. 자연을 설명하는 편미분 방정식이 타원형이나 초쌍곡 방정식, 즉 공간이나 시간 중 하나가 동시에 0 차원 또는 다차원인 경우 관측자는 우주 (보라색과 녹색 부분) 를 예측할 수 없습니다. 다른 경우 (쌍곡선 방정식), n >；; 원자는 안정적으로 존재할 수 없다, n
따라서, 우리는 공간의 대칭이 파괴되었다고 말한다. 양자파의 불확실성은 팽창 과정에서 서로 다른 기포가 서로 다른 방식으로 균형을 깨뜨릴 수 있다. 그리고 결과는 이상할 것이다. 그 중 일부는 4 차원 공간으로 확장될 수 있습니다. 다른 것들은 우리가 아는 3 대가 아니라 2 세대 쿼크만 형성할 수 있습니다. 또 어떤 우주의 기본 물리 상수는 우리보다 클 수 있다.
두 번째 다중우주를 생산하는 또 다른 방법은 창조에서 파멸에 이르는 우주의 완전한 순환을 경험하는 것이다. 과학사에서 이 이론은 리처드 C 라는 물리학자가 1930 년대에 제기한 것이다. 최근 프린스턴 대학의 폴 J 스탠하트 (Paul J. Steinhardt) 와 케임브리지 대학의 닐 투록 (Neil Turok) 두 과학자가 상세히 설명했다. Steinhardt 와 Turok 은 우리의 공간과 상당히 가깝지만 더 높은 차원에서 약간의 변환이 있는' 2 차 3D 막' 모델을 제시했다. 조지 무서 (George musser) 가 "거기 가봤어요, 해봤어요" 를 보았습니다. 뉴스 스캔' 사이언티픽 아메리칸' 2002 년 3 월 평행우주는 진정한 의미의 독립우주가 아니라 우주 전체-과거, 현재, 미래-를 형성하여 다원우주를 형성하여 포함된 다양성이 무질서하게 팽창하는 우주와 같다는 것을 증명할 수 있다. 또한 와트루의 물리학자 리 스몰린 (Lee Smolin) 은 두 번째 다원우주와 비슷한 다양성을 가진 또 다른 이론을 제시했다. 즉 우주는 막물리학이 아닌 블랙홀을 통해 창조되고 돌연변이되는 것이다.
비록 우리가 두 번째 다중우주의 다른 사물과 상호 작용할 수는 없지만, 우주학자들은 간접적으로 그들의 존재를 지적할 수 있다. 그들의 존재는 우리 우주의 우연성을 설명하는 데 사용될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 호텔에 들어가서 방 번호가 1967 이라는 것을 알게 된다면, 이것은 당신이 태어난 해입니다. 너무 공교롭군요! 그 순간 너는 놀라서 멍해졌다. 하지만 당신이 즉시 반응하는 것은 우연이 아닙니다. 호텔 전체에서 수백 개의 방이 있는데, 한 방이 너의 생일만큼 정상이다. 그러나, 만약 당신이 당신과 무관한 다른 숫자를 본다면, 위의 사고를 일으키지 않을 것입니다. 그게 무슨 뜻이에요? 호텔에 대해 아무것도 모르더라도 위의 방법으로 많은 우연한 현상을 설명할 수 있다.
비교적 적절한 예를 하나 더 들자: 태양의 질을 고찰하다. 태양의 질량은 그것의 광도 (즉, 총 복사량) 를 결정합니다. 기본적인 물리적 계산을 통해 우리는 태양의 질량이1.6x10 30 ~ 2.4x10 30kg 과 같은 좁은 범위 내에서만 지구가 생명에 적합할 수 있다는 것을 알고 있다. 그렇지 않으면 지구는 진싱 보다 더 덥거나 화성보다 추울 것이다. 태양의 질량은 정확히 2.0X10 30 30 킬로그램입니다. 언뜻 보면 태양의 질은 놀라운 운과 우연의 일치이다. 대부분의 별의 질량은 10 29 ~ 10 32kg 의 거대한 범위 내에 무작위로 분포되어 있기 때문에 태양의 질량이 태어날 때 무작위로 결정되면 적당한 범위 내에 떨어질 확률이 적다. 하지만 호텔의 경험으로 우리는 이런 표면적인 사고가 실제로 큰 시스템 (여기서는 많은 태양계를 가리킴) 의 필연적인 결과라는 것을 깨달았다. (우리가 여기 있기 때문에 태양의 질은 어쩔 수 없이 이렇게 해야 한다.) (알버트 아인슈타인, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 스포츠명언) 관찰자와 밀접한 관련이 있는 이런 선택을' 인선택원리' 라고 한다. 그것이 얼마나 많은 논란을 불러일으켰는지는 상상할 수 있지만, 물리학자들은 기초이론을 검증할 때 이런 선택효과를 무시할 수 없다는 사실을 널리 받아들였다.
호텔방에 적용되는 원칙은 평행 우주에도 적용된다. 흥미롭게도, 우리 우주의 대칭성이 깨질 때, 모든 (적어도 대부분) 속성이' 조정' 되어 딱 들어맞는다. 만약 우리가 이러한 특징들에 대해 가장 작은 변화라도 한다면, 우주 전체가 완전히 다른 모습을 보일 것이다. 그 안에서 생존할 수 있는 생물은 없다. (존 F. 케네디, 동물명언) 양성자의 질량이 0.2% 증가하면 즉시 중성자로 쇠퇴하면 원자는 안정적으로 존재할 수 없다. 전자기력이 4% 감소하면 수소도, 별도 없다. 약한 상호 작용이 더 약하면 수소도 형성될 수 없다. 반대로, 만약 그것들이 더 강하다면, 그 초신성들은 별에 중원소 이온을 전파할 수 없을 것이다. 만약 우주 상수가 비교적 크다면, 은하가 형성되기 전에 자신을 사분오열시킬 것이다.
우주가 얼마나 잘 조정되었는지는 아직 확정되지 않았지만, 위에 언급된 각 예는 많은 평행 우주가 가능한 모든 조정 상태를 포함하고 있음을 시사한다. 마틴 리스의 "우리의 우주 및 기타 탐험" 을 참조하십시오. 사이언티픽 아메리칸' 12 월 1999 두 번째 다원우주는 물리학자들이 그 상수의 이론적 가치를 결정할 수 없다는 것을 보여준다. 선택 효과를 고려한 후, 그들은 기대치의 확률 분포만 계산할 수 있다.
3 단계: 양자 평행 세계
첫 번째와 두 번째 다중우주 예언의 평행 세계는 멀리 떨어져 있어서 천문학자들은 도착할 수 없다. 하지만 다음 다중우주는 너와 나 옆에 있다. 양자역학의 유명하고 논란이 많은 해석에서 직접 나옵니다. 임의의 양자 과정은 우주를 여러 부분으로 분열시킬 수 있으며, 각 부분은 가능성을 나타냅니다.
양자 평행 우주. 주사위를 굴릴 때, 그것은 무작위로 특정한 결과를 얻는 것 같다. 하지만 양자역학에 따르면, 그 순간, 당신은 실제로 모든 상태를 던졌고, 주사위는 다른 우주의 다른 점에 멈췄습니다. 한 우주에서 1 을 던졌고, 다른 우주에서는 2 를 던집니다. 그러나 우리는 전체 진실의 작은 부분, 즉 우주 중 하나만 볼 수 있습니다.
20 세기 초에 양자역학 이론은 원자 현상의 성공이 물리학의 혁명을 일으켰다고 설명했다. 원자 분야에서, 물질의 운동은 더 이상 뉴턴 역학의 고전 법칙을 지키지 않는다. 양자 이론은 그들의 비범한 성공을 설명했지만, 그것은 폭발적인 격렬한 논쟁을 불러일으켰다. 이것은 도대체 무엇을 의미합니까? 양자론은 우주가 고전 이론에 묘사된 것처럼 보이지 않는다고 지적했다. 우주 상태를 결정하는 것은 모든 입자의 위치와 속도이지만 파동 함수라는 수학적 오브젝트입니다. 슈뢰딩거 방정식에 따르면, 상태는 시간에 따라 수학자가' 통일' 이라고 부르는 방식으로 진화한다. 즉, 파동 함수는 힐버트 공간이라는 무한 차원 공간에서 진화한다는 것을 의미한다. 양자역학은 대부분 무작위적으로 불확실한 것으로 묘사되지만 파동 함수 자체의 진화 패턴은 완전히 결정되며 무작위성은 전혀 없다.
중요한 문제는 파동 함수를 우리가 관찰한 것과 어떻게 연결시키느냐 하는 것이다. 많은 합리적인 파동 함수는 소위 양자 중첩 아래 죽고 사는 고양이와 같이 터무니없고 비논리적인 상태로 이어진다. (윌리엄 셰익스피어, 햄릿, 지혜명언) 이러한 이상한 상황을 설명하기 위해 1920 년대에 물리학자들은 누군가가 관측을 시도할 때 파동 함수가 즉시 고전 이론의 어떤 상태로 "붕괴" 되었다고 가정했습니다. 이런 추가 가설은 관찰이 발견한 문제를 해결할 수 있지만, 원래 우아하고 조화롭고 통일된 이론을 한데 모아 통일성을 잃게 한다. 무작위성의 본질은 일반적으로 양자역학 자체가 이런 불쾌한 가설의 결과라는 이유로 귀결된다.
몇 년 후 물리학자들은 점차 이 가설을 포기하고 프린스턴 대학 졸업생인 휴 에버렛 (Hugh Everett) 이 1957 년에 제기한 관점을 받아들이기 시작했다. 그는' 파동 함수 붕괴' 라는 가설이 전혀 필요하지 않다고 지적했다. 순수 양자 이론은 실제로 어떠한 모순도 일으키지 않는다. 하나의 실태가 점차 겹치는 실태로 분열될 것임을 예고하고 있으며, 관찰자의 분열 과정에서의 주관적 경험은 이전의 파동 함수 붕괴 가설과 완전히 동일할 수 있는 경미한 무작위 사건일 뿐이다. 이 겹치는 전통 세계는 바로 제 3 의 다중우주이다.
40 여 년 동안 물리학계는 에버렛의 평행 세계를 받아들이는 것을 여러 차례 망설였다. 그러나 그것을 다른 관점으로 나누면 더 쉽게 이해할 수 있다. 그것의 수학 방정식을 연구하는 물리학자들은 마치 새가 하늘을 날고 지면을 답사하는 것처럼 외적인 각도에 서 있다. (윌리엄 셰익스피어, 햄릿, 과학명언) 방정식으로 묘사된 세계에 사는 관찰자는 마치 새가 내려다보는 개구리처럼 내면의 각도에 서 있다.
새의 관점에서 볼 때, 세 번째 다중우주 전체가 매우 간단하다. 분열이나 평행을 일으키지 않고 부드러운 진화와 결정된 파동 함수로 설명할 수 있습니다. 이 진화 파동 함수에 의해 묘사된 추상적인 양자 세계는 대량의 평행 고전 세계를 포함하고 있다. 고전적인 이론으로는 설명할 수 없는 양자 현상처럼, 그들은 언제나 분열과 융합을 하고 있다. 개구리의 관점에서, 관찰자들은 모든 진실의 극히 일부만을 감지한다. 그들은 자신의 첫 번째 우주를 관찰할 수 있지만,' 역간섭' 이라는 함수는 파동 함수의 붕괴효과를 모방하면서 일관성을 유지하여 그것과 평행한 다른 우주를 관측하는 것을 막는다. (존 F. 케네디, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 과학명언)
관찰자가 질문을 받거나, 결정을 내리거나, 질문에 대답할 때마다, 그의 뇌의 양자작용은' 이 문장 계속 읽기' 와' 이 문장 읽기 포기' 와 같은 복합적인 결과를 초래할 수 있다. 새의 관점에서 볼 때,' 결정을 내리라' 는 행동은 이 사람을 둘로 갈라놓고, 한 사람은 문장 시청을 계속하고, 다른 한 사람은 다른 일을 하게 한다. 개구리의 관점에서 볼 때, 두 분신 모두 상대방의 존재를 의식하지 못하고, 아까의 분열에 대한 그들의 인식은 단지 경미한 무작위 사건일 뿐이다. 그들은 자신이 어떤 결정을 내렸는지 알고 있지만, 다른' 그' 가 동시에 다른 결정을 내렸다는 것을 알지 못한다.
이상하게 들리는데, 이런 일도 위에서 언급한 첫 번째 다중우주에서 발생했다. 분명히, 당신은 방금' 이 문장 계속 봐' 라는 결정을 내렸지만, 멀리 떨어진 다른 은하에서는 첫 단락을 다 보고 잡지를 내려놓았다. (윌리엄 셰익스피어, 햄릿, 독서명언) 제 1 우주와 제 3 우주의 유일한 차이점은' 또 다른 너' 가 어디에 있느냐는 것이다. 첫 번째 우주에서, 그는 당신에게서 멀리 떨어져 있습니다. 보통 차원공간의 개념에서 "멀리" 입니다. 세 번째 우주에서, 당신의 분신은 무한한 차원의 힐버트 공간을 사이에 두고 다른 양자 분기에 살고 있습니다.
세 번째 다중우주의 존재는 매우 중요한 가설, 즉 파동이 시간에 따라 진화하는 통일성에 기반을 두고 있다. 다행히도, 지금까지의 실험은 지금까지 통일성 가설에서 벗어난 적이 없다. 지난 수십 년 동안 우리는 탄소 60 포키 볼과 수 킬로미터에 달하는 광섬유를 포함한 다양한 대형 시스템에서 통일성이 존재한다는 것을 확인했습니다. 반대로, 이런 통일성도' 무관' 발견의 지지를 받았다. 막스 타이거마크와 존 아치볼드 윌러의' 100 년의 양자 수수께끼' 를 참조하십시오. 과학미국인' 은 2006 년 2 월 5438+0 양자중력 분야의 일부 이론물리학자들만 통일성에 의문을 제기했다. 한 가지 견해는 증발된 블랙홀이 통일을 파괴할 수 있다는 것이다. 그것은 비통일적인 과정이어야 한다. (존 F. 케네디, 블랙홀, 블랙홀, 블랙홀, 블랙홀, 블랙홀, 블랙홀) 그러나 최근' AdS/CFT 일관성' 이라는 끈 이론 연구에 따르면 양자 중력장도 통일되어 블랙홀은 정보를 지우지 않고 다른 곳으로 정보를 전송한다는 것을 시사한다.
만약 물리학이 통일된다면, 빅뱅 초기 양자파가 어떻게 작동하는지 표준 그림을 다시 써야 할 것이다. 이들은 무작위로 초기 조건을 생성하는 것이 아니라 가능한 모든 초기 조건을 생성합니다. 이러한 초기 조건은 겹치고 동시에 존재합니다. 그런 다음 "무관" 은 전통적인 이론처럼 각각의 양자 가지에서 진화할 수 있도록 보장합니다. 허블 볼륨 내의 서로 다른 양자 분기 (3 층 다중우주) 의 분포 결과는 같은 양자 분기 (1 층 다중우주) 가 서로 다른 허블 볼륨 내에 분포한 결과와 다르지 않다는 점이다. 양자파의 이런 성질은 통계역학에서 순회성이라고 불린다.
같은 원리가 두 번째 다중우주에도 적용될 수 있다. 대칭성을 파괴하는 과정은 하나의 유일한 결과가 아니라 가능한 모든 결과의 겹침이다. 그런 다음 이러한 결과는 자신의 방향으로 발전했습니다. 따라서 3 층 다중우주의 양자 분기에서 물리적 상수와 시공간 차원이 다르면 2 층 평행 우주도 달라질 수 있다.
다시 말해, 세 번째 다중우주는 1 층과 2 층에 새로운 것을 추가하지 않고, 더 구분하기 어려운 복제품일 뿐이다. 같은 오래된 이야기가 서로 다른 양자분기를 가진 평행 우주에서 거듭거듭 펼쳐진다. (알버트 아인슈타인, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 예술명언) 모든 사람들이 다른 논란이 적은 이론과 본질적으로 동일하다는 것을 알게 되자 에버렛 이론에 대한 격렬한 의문이 사라졌다.
의심할 여지없이, 이 연결은 상당히 심오하며 물리학자의 연구가 이제 막 시작되었다. 예를 들어, 장기적으로 존재하는 문제를 고려해 보십시오. 시간이 지남에 따라 우주의 수가 기하급수적으로 증가할 수 있습니까? 대답은 의외로' 아니오' 이다. 조류의 경우, 전 세계는 하나의 파동 함수로 묘사됩니다. Frog 의 관점에서 볼 때, 우주의 수는 주어진 순간에 구분할 수 있는 모든 상태의 총수, 즉 서로 다른 상태를 포함하는 허블 볼륨의 총수를 초과하지 않는다. 예를 들어 행성이 새로운 위치로 이동하고 누군가 또는 다른 사람과 결혼하는 것은 모두 새로운 상태이다. 10 8 의 임계값 온도 이하에서 이러한 양자 상태의 총 수는 약10 (10118) 입니다 이것은 거대한 숫자이지만, 매우 제한적이다.
개구리의 관점에서 파동 함수의 진화는10 (1011118) 에서 지금 당신은 우주 A 에 있습니다. 지금 이 순간 당신은 이 말을 읽고 있는 우주입니다. 이제 당신은 우주 B 로 뛰어들었습니다. 당신은 그 우주에서 다른 문장을 읽고 있습니다. B 우주에는 A 우주와 똑같은 관찰자가 있는데, 단지 몇 초밖에 남지 않은 기억이 있다. 가능한 모든 상태는 시시각각 존재한다. 따라서 "시간의 흐름" 은 아마도 이러한 상태 사이의 전환 과정 일 것입니다. 이 아이디어는 그렉 이간 (Greg Egan) 이 1994 에 쓴 공상 과학 소설 "도시 배열" 에 의해 처음 작성되었습니다.
네 번째 수준: 다른 수학 구조.
첫 번째, 두 번째, 세 번째 다중우주의 초기 조건과 물리 상수는 다를 수 있지만 자연을 지배하는 기본 법칙은 같다. 왜 여기서 멈춰? 왜 이런 기본 원칙들을 다양화하지 않을까요? 고전 물리 법칙만 지키며 양자 효과를 귀신을 보게 하는 우주는 어때요? 우주를 상상해 보세요. 시간은 연속이 아니라 컴퓨터처럼 이산적으로 흘러가나요? 간단한 중공 12 면체 우주를 상상해보세요. 이 모든 형태는 네 번째 다중우주에 존재한다.
평행 우주의 궁극적인 분류, 4 층. 가능한 모든 우주를 포함하고 있습니다. 우주의 차이는 물리적 위치, 성질 또는 양자상태뿐만 아니라 기본적인 물리 법칙일 수도 있다. 그것들은 이론적으로 거의 관찰할 수 없고, 우리가 할 수 있는 것은 추상적인 사고뿐이다. 이 모델은 물리학의 많은 기본 문제를 해결합니다.
왜 위의 다중우주는 쓸데없는 말이 아닌가? 그 이유 중 하나는 추상적인 추리와 실제 관찰 결과가 밀접한 관계가 있다는 것이다. 수학 방정식, 또는 더 일반적으로, 숫자, 벡터, 기하학 등 수학 구조는 믿을 수 없는 충실도로 우리 우주를 묘사할 수 있다. 1959 의 유명한 강의에서 물리학자 유진 P 위그너 (Eugene P. Wigner) 는 "왜 수학이 자연과학에 그렇게 도움이 되는가?" 라고 설명했다. 반면에 수학은 그들 (자연과학) 에게 무서운 현실감을 가지고 있다. 수학 구조는 객관적인 사실에 근거한 주요 기준이 될 수 있다: 누가 배우든 똑같다. 수학 정리가 성립된다면, 사람, 컴퓨터, 지능이 높은 돌고래도 성립된다. 외계 문명조차도 우리와 같은 수학적 구조를 발견할 것이다. 그래서 수학자들은 항상 그들이 그것을 발명하는 것이 아니라 어떤 수학적 구조를 "발견" 했다고 생각합니다.
수학과 물리학의 관계를 이해하는 방법에 대해서는 두 가지 유래가 있고 완전히 반대되는 패턴이 있다. 이 두 가지 차이의 형성은 플라톤과 아리스토텔레스로 거슬러 올라갈 수 있다. 아리스토텔레스의 모형은 물리적 현실이 세계의 기원이라고 생각하는데, 수학 도구는 물리적 현실의 유용한 근사치일 뿐이다. 플라톤의 모델은 순수한 수학적 구조가 진정한' 진리' 라고 생각하는데, 모든 관찰자들은 그것을 불완전하게 감지할 수밖에 없다. 즉, 두 모델의 근본적인 차이점은 물리학과 수학 중 어느 것이 기초인가 하는 것이다. 아니면 개구리 각도의 관찰자인가, 아니면 새의 각도의 물리 법칙인가? 아리스토텔레스의 모델은 전자를 선호하고 플라톤의 모델은 후자를 선호한다.
우리가 어렸을 때, 심지어 수학이라는 단어를 듣기 전에도, 우리는 아리스토텔레스의 모형을 받아들였다. 플라톤 모델은 후천적인 경험에서 나온다. 현대 이론 물리학자는 왕왕 플라톤주의자이다. 그들은 왜 수학이 우주를 이렇게 완벽하게 묘사할 수 있는지 알고 싶어한다. 왜냐하면 우주는 태어날 때부터 수학이기 때문이다. 이렇게 모든 물리학은 기본적인 수학 문제로 귀결된다. 무한한 지식과 자원을 가진 수학자는 이론적으로 새의 관점에서 개구리의 관점을 계산할 수 있다. 즉, 자의식을 가진 어떤 관찰자에게 그가 우주에서 무엇을 관찰했는지, 그리고 그가 그의 동료에게 그가 본 모든 것을 묘사하기 위해 어떤 언어를 발명할 것인지 계산한다.
우주의 수학 구조는 추상적이고 영원한 실체로 시간과 공간과는 별개이다. 역사를 동영상에 비유하면 수학 구조는 한 프레임이 아니라 전체 영상이다. 사방으로 움직이는 점 입자로 구성된 3 차원 세계를 상상해 보세요. 4 차원 시공간, 즉 새의 관점에서, 세상은 얽힌 스파게티처럼 보인다. 개구리가 일정한 속도와 방향을 유지하는 입자를 관찰한다면 새가 직접 볼 수 있을까요?