明星物理学家就宇宙学模型激烈交锋

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,仅反映作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


在曼哈顿市中心一家高档社交俱乐部,人们可能不会想到会看到著名物理学家之间激烈的口头交锋。但这确实在 4 月 23 日在和谐俱乐部发生了,当时艾伦·古斯戴维·格罗斯就古斯关于宇宙起源的模型进行了一场激烈的即兴辩论。也许是为了与他们优雅的环境保持一致,两人大部分时候的言语交锋都带有玩笑意味,但有些话语可能仍然具有讽刺性。

这次交流发生在纽约城市学院 (CCNY) 主办的物理学研讨会上,古斯和格罗斯都在会上做了演讲。古斯是麻省理工学院的物理学教授,以其在 20 世纪 80 年代初发展宇宙暴胀概念方面的作用而闻名,他刚刚简要介绍了他在稍后演讲中将要涵盖的一些概念。暴胀理论认为,整个可观测宇宙起源于一个气泡,该气泡经历了极快的增长,每 10–37 秒大小翻一番,然后才开始较为温和的膨胀。它的许多预测与NASA 的 WMAP 探测器等探测器进行的精确测量非常吻合,使得暴胀成为解释早期宇宙发生情况的主要理论之一(如果不是最主要的理论)。


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该模型暗示,尽管暴胀在我们本星系群的宇宙中数十亿年前就已结束,但它在我们宇宙视界之外仍在加速进行,并将永远持续下去。因此,我们的气泡只是众多气泡之一——一个多重宇宙中的一个宇宙——每个宇宙都可能有自己的物理定律。正如古斯所说,我们物理世界的参数可能只不过是一个历史偶然事件。格罗斯对此并不认同,他因探索这些参数而分享了2004 年诺贝尔物理学奖,揭示了将夸克结合在质子和中子中的强相互作用力的动力学。

“对于最后那个演讲——哎哟喂,”在以色列接受教育的格罗斯说道,他是加州大学圣巴巴拉分校卡弗里理论物理研究所的所长。(他也是《大众科学》顾问委员会的成员。)格罗斯称古斯的永恒暴胀概念有些投机,并指出,如果其他宇宙确实存在,它们与我们的宇宙在因果上是断开的——“每一个该死的宇宙都是如此。” 因此,格罗斯补充说,谈论其他宇宙“在某种程度上类似于谈论天使”。

当天下午晚些时候,当古斯开始他的完整演讲时,他挖苦了格罗斯,拿他同事的迟到开玩笑。格罗斯原定是研讨会的第一个演讲者,但没有在约定时间到达和谐俱乐部,他将这一失误归咎于时区变化。古斯指出,他的想法“受到了某个不知道如何设置闹钟的人的诽谤”。(维也纳大学的安东·蔡林格,另一位《大众科学》顾问,原定第二个发言,他顶替了格罗斯的位置,并就量子纠缠和量子信息系统发表了幽默而引人入胜的演讲。)

在演讲即将结束时,古斯着手解决他的模型中的一个难题:空的空间的能量密度远低于多重宇宙典型角落中的预期值。事实上,它非常低,以至于我们发现自己身处这样一个地方的可能性,与抛 400 次硬币每次都正面朝上的可能性大致相同。

但也许存在一种选择效应,古斯暗示道——也就是说,也许生命只能在真空能量较弱的宇宙中扎根。他举例说,我们发现自己身处宇宙中一个非常不寻常的地方——在一颗行星的表面,而不是在恒星内部或空旷的太空中。我们不认为这很奇怪;我们只是接受我们生活在一个允许生命存在的地方。多重宇宙中的气泡宇宙可能也是如此——那些适合生命居住的宇宙,即使它们可能很稀有,也将是唯一有居民的宇宙。也许我们只是发现自己身处一个高度非典型的宜居宇宙,它嵌入在一个在很大程度上不友好的多重宇宙中。

我们宇宙的居民可以自由地假设并与他们尊敬的同事争论宇宙的本质——并在过程中偶尔抛出一些俏皮话。“选择效应既合乎逻辑又具有科学性,而且它可能是正确的,”古斯说。“我不知道这是否与‘哎哟喂’相矛盾。”

照片,从左到右,古斯、CCNY 的米里亚姆·萨拉奇克、格罗斯和蔡林格:©《大众科学》/约翰·马特森

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