多重宇宙假説是怎麼被推導出來的？真空為什麼這麼空？_風聞

拋開多重宇宙家假説，我們就很難解釋真空能量為何如此之小。但物理學家至少還有另外一個可供探索的方向。

多重宇宙假説認為，我們的宇宙只是眾多宇宙泡沫中的一個。這個爭議性觀點的邏輯源頭是看似最無關痛癢的自然界景象：空無一物的空間（empty space）。

具體而言，多重宇宙假説是怎麼推導出來的呢？

真空中瀰漫着微量到難以名狀的能量，它被稱為真空能量、暗能量或宇宙學常數。一立方米空間內的真空能量只夠一個燈泡亮一萬億分之一秒。然而考慮到泛過其間的所有物質場和能量場，真空能量至少應該比現在高萬億萬萬萬萬億倍。

用諾貝爾獎得主史蒂文·温伯格（Steven Weinberg）的話來説，這“讓人如鯁在喉”。但不知怎的，這些場幾乎全部相互抵消，只留下一片寂靜。

真空怎麼就這麼空呢？

這就是著名的“宇宙學常數問題”，雖然謎底尚未解開，但對人類的存在而言，真空的這種極端虛空似乎不可或缺。

這種反引力作用哪怕再強一丁點兒，空間膨脹的速度就會過快，致使星系、行星或人類的構造無法形成。這種恰到好處意味着，宇宙可能有千千萬萬個，它們的真空能量各不相同，而我們恰好活在一個異常低能的宇宙中，因為在別的宇宙裏我們根本就沒有可能存在。

有的科學家對各種形式的“人擇原理”嗤之以鼻，很不待見多重宇宙假説，因為它無法驗證。即便那些不排斥多重宇宙觀點的，也巴不得繞過宇宙學常數問題，尋找別的探索途徑。但直到目前，拋開多重宇宙，這個問題幾乎無解。“暗能量問題太棘手、太難了，人們就連一兩個解決方案都拿不出來，”馬里蘭大學理論物理學家拉曼·森德拉姆（Raman Sundrum）説。

要理解箇中原因，我們不妨考慮一下，真空能量究竟是什麼。

愛因斯坦的廣義相對論告訴我們：物質和能量決定了時空如何彎曲，而時空彎曲決定了物質與能量的運動形式。這個等式自帶一個推論：時空可以擁有自己的能量——即排除其他一切，最後剩下的那個常量，愛因斯坦稱之為宇宙學常數。

幾十年來，宇宙學家們一直將它的值默認為零，因為宇宙膨脹的速度相對穩定，至於為何如此，他們也不清楚。到1998年，天文學家發現，宇宙膨脹其實是緩慢加速的，這意味着，太空中可能瀰漫着一種排斥力。這種能量被稱為暗能量，而且，它勢必等於宇宙學常數。其存在導致了宇宙膨脹的不斷加速，因為宇宙膨脹形成新的空間，這種排斥力的總量也就隨之增加。

但一推算這種真空能量的密度，科學家就發現，它跟量子場論（粒子物理學理論）中的真空產生了衝突。當沒有粒子激發泛過其間時，一個量子場就是空的。但根據量子物理學中的測不準原理，量子場的狀態從來都不是確定的，因此，其能量永遠不等於零。

試想這樣一個量子場：其在空間中的每一點都是一枚彈簧。每一刻，這些彈簧的長度不是比鬆弛狀態長，就是比鬆弛狀態短；不是處在壓縮狀態，就是處在拉長狀態，因此，它們永遠都在運動，因而擁有能量。這被稱為量子場中的零點能量。物質場的零點能量為負，而能量場的零點能量為正。這些能量做個加減，就得出了真空總能量。

真空總能量應該大致等於參與加減的那個大頭。（打個比方，別人給你1萬塊錢，你花去100，或從沙發縫裏挖到三塊，最後，你手裏差不多還是1萬。）然而，我們觀察到的宇宙膨脹速度顯示，它的值比某些零點能量值小了60到120個數量級，彷彿不知怎的，所有正負數值全都抵消乾淨了。但要為這種均衡態找一個物理機制，那可不簡單，原因有二。

其一，真空能量唯一的作用是一種引力作用，因此，要抵消真空能量，需要的是一種引力機制。但在宇宙誕生之初，當這種機制發揮作用時，宇宙是那麼的小，相對於物質和輻射的總量，那點真空總能量簡直可以忽略不計。

跟其他所有東西的引力比起來，真空能量的引力作用根本不夠用。“這是宇宙學常數問題最大的難點之一，”2007年時，物理學家拉斐爾·布索（Raphael Bousso）這樣寫道。他説，在早期宇宙環境下，一個引力反饋機制要精準地調校真空能量，“大致就好比一架飛機在風暴之中，沿着精確到原子的預定路線飛行。”

綜合這些難點，量子場論計算顯示，在大爆炸發生之後不久，隨着宇宙開始冷卻，真空能量的值應該發生階段性的轉變。

這就引出一個問題：這種假定的完全抵消真空能量的機制出現於何時，是在這種轉變發生之前，還是之後？該機制又怎麼知道其作用該有多大，才能恰好將其抵消？

到目前為止，因為這些障礙的存在，要是不訴諸多重宇宙這個“抽獎系統”，“真空之空”就難以得到解釋。

但近年來，一些研究人員探索起了另一條可能的途徑：如果宇宙不源於一場大爆炸，而是在早期的一場收縮後，重新開始反彈，那麼處於收縮階段時的遠古宇宙肯定極其巨大，而且充斥着真空能量。

也許當時，某些引力相關機制作用於充裕的真空能量，並隨着時間的流逝，將其自然稀釋。在這一思路的啓發下，物理學家彼得·格雷厄姆（Peter Graham）、大衞·卡普蘭（David Kaplan）和蘇吉特拉·金德倫（Surjeet Rajendran）開拓了一種新的“宇宙大反彈”模型，只是他們還需進一步證明：在宇宙收縮時，那個真空稀釋過程具體是如何進行的。

在一封電子郵件中，布索稱這些人的方法“值得一試”，是“面對一個重大難題所做的有理有據的誠實抗爭。”

但他也表示，這個模型中仍存在巨大的缺口，而“彌補這些缺口所面臨的專業障礙不可小覷。這種（理論）構建已經是一台（過於繁複的）魯布·戈德堡機器，等到這些缺口被填滿時，它只會更加錯綜複雜。”布索和多重宇宙假説的其他擁躉都認為，多重宇宙的答案相對更為簡潔。