只有一個(gè)地球嗎？只有一個(gè)宇宙嗎？這是很多普通人都會(huì)感興趣的問題。？！第1頁/共40頁第一頁，共41頁。順便說一下，當(dāng)我在Google上用universe搜索圖片時(shí)，我得到的不是

TheUniverse而是

MissUniverse第2頁/共40頁第二頁，共41頁。為了避免爭論，我們得強(qiáng)調(diào)，這里的地球不是指和我們的地球完全一樣的行星，是指存在智慧生物的行星。當(dāng)然，如果只是指完全和地球一樣的行星，這個(gè)問題也有意義（見后）同樣，有人會(huì)說，四方上下曰宇,古往今來曰宙，那么根據(jù)定義，宇宙只有一個(gè)?？墒侨绻覀儗⑦@個(gè)定義加一句話：能夠被我們觀測到的，這個(gè)問題也就有意義了。下面我談一下“被觀測到”到底是什么意思。第3頁/共40頁第三頁，共41頁。給定一個(gè)觀測者，假定她壽命是無限的，那么

光錐世界線宇宙，又叫因果鉆石(causaldiamond)第4頁/共40頁第四頁，共41頁。多宇宙第5頁/共40頁第五頁，共41頁。更加形象的圖象是

你現(xiàn)在的位置第6頁/共40頁第六頁，共41頁。MaxTegmark對多宇宙的分類第一層次：在我們的視界之外還存在空間，世界的演化是各態(tài)歷經(jīng)的，所以任何初始條件都在某一個(gè)地方實(shí)現(xiàn)了。這種觀點(diǎn)的一個(gè)推論是，我們的宇宙來源于早期某一處的大爆炸僅僅是眾多可能的初始條件之一，有些地方可能發(fā)生了大爆炸，有的地方也許發(fā)生了大塌縮，等等。第7頁/共40頁第七頁，共41頁。第二層次：永恒暴漲。暴漲不只發(fā)生一次，而是在不斷地發(fā)生，我們的宇宙來源于其中的一次暴漲而已。最通常引用的例子是chaotic暴漲，“新暴漲”模型也會(huì)產(chǎn)生永恒暴漲。不斷暴漲的結(jié)果就是一個(gè)有著等級結(jié)構(gòu)的Fractals。第8頁/共40頁第八頁，共41頁。第三層次：量子力學(xué)中的多世界。這是一種和傳統(tǒng)的哥本哈根解釋競爭的解釋。在這個(gè)解釋中系統(tǒng)的部分和部分之間每發(fā)生一次相互作用導(dǎo)致新的糾纏，世界就會(huì)分叉一次。比如，在Schrodinger貓這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，死貓和活貓的世界都存在。如果重復(fù)實(shí)驗(yàn)，死貓的世界會(huì)越來越多。第9頁/共40頁第九頁，共41頁。第四層次：每個(gè)自洽的物理理論都會(huì)在某個(gè)地方被實(shí)現(xiàn)，如弦論中的landscape中有很多亞穩(wěn)態(tài)，數(shù)目至少是第10頁/共40頁第十頁，共41頁。第11頁/共40頁第十一頁，共41頁。按照第一層次的多宇宙的看法，世界已經(jīng)足夠豐富多彩。最離奇的不是類似星球大戰(zhàn)中那些各色各樣的智慧生物都會(huì)存在，而是可能在遙遠(yuǎn)的一個(gè)地方，有一個(gè)和你一摸一樣的生物存在，當(dāng)然我們排除他是你的孿生姐妹。公里第12頁/共40頁第十二頁，共41頁。當(dāng)然，在現(xiàn)實(shí)世界中，前面那位臺(tái)灣小女孩的確有一個(gè)孿生姐妹，所以正確的說法是：公里第13頁/共40頁第十三頁，共41頁。要解釋多元宇宙的可能，我們不能不了解暴漲宇宙。觀測表明，我們的宇宙是一個(gè)宏觀宇宙，大小是米在這個(gè)大的范圍內(nèi)，宇宙幾乎是完全均勻的。并且，宇宙在可觀測到的范圍內(nèi)幾乎是平坦的。并且，宇宙的總能量密度幾乎是所謂的臨界密度。第14頁/共40頁第十四頁，共41頁。AlanGuth在1981年發(fā)現(xiàn)，所謂暴漲宇宙可以解釋我們觀測到的一切。第15頁/共40頁第十五頁，共41頁。

暴漲的結(jié)果不僅僅是第16頁/共40頁第十六頁，共41頁。現(xiàn)在我們可以解釋第一層次的多元宇宙了。Vilenkin等人用電腦模擬的辦法發(fā)現(xiàn)，暴漲結(jié)束后，一般可以有無限多個(gè)可觀測區(qū)域。第17頁/共40頁第十七頁，共41頁。第一層次多元宇宙的證明：前提1：暴漲之后有無限個(gè)可觀測區(qū)域存在，每個(gè)區(qū)域都是有限的。前提2：每個(gè)有限的區(qū)域的可能的歷史是有限的（取一定的微觀截?cái)啵?。結(jié)果：每一個(gè)歷史實(shí)現(xiàn)了不止一次，事實(shí)上是無限多次。證畢。第18頁/共40頁第十八頁，共41頁。假定前面的多元宇宙是正確的，那么我們不必為我們的每一次失敗感到沮喪，因?yàn)樵诹硪粋€(gè)世界中，你是成功的。也許在這個(gè)世界中，你沒有娶到你的夢中情人/嫁給你心目的大英雄，在另一個(gè)世界中你們有情人終成眷屬。也許在這個(gè)世界中小布什是美國總統(tǒng)，在另一個(gè)世界中AlGore是美國總統(tǒng)。也許在另一個(gè)世界中海子還活著……第19頁/共40頁第十九頁，共41頁。其實(shí)，Vilenkin等人的考慮已經(jīng)利用了所謂的eternalinflation,永恒暴漲。這其實(shí)是第二層次的多元宇宙。在新暴漲理論中，有如下圖象第20頁/共40頁第二十頁，共41頁。這樣，我們就有：顏色相同的宇宙物理規(guī)律是一樣的。第21頁/共40頁第二十一頁，共41頁。第二層次的多元宇宙主要來自于永恒暴漲，而永恒暴漲的主要模型則是chaotic暴漲。所謂chaotic暴漲就是，宇宙一開始的狀態(tài)可能是非常不均勻的，例如每個(gè)標(biāo)量場的取值隨著空間點(diǎn)變化，當(dāng)某一點(diǎn)上的標(biāo)量場的動(dòng)能遠(yuǎn)小于勢能的時(shí)候，暴漲就開始了。第22頁/共40頁第二十二頁，共41頁。在這個(gè)模型中，如果一定條件得到滿足，同樣會(huì)出現(xiàn)永恒暴漲：當(dāng)標(biāo)量場緩慢地沿著勢能下滑時(shí)，空間的某一部分的標(biāo)量場的量子漲落可能將下滑的標(biāo)量場重新提到勢能高處，從而產(chǎn)生新一輪的暴漲。在許多模型中，這個(gè)“拉回”條件要求開始時(shí)的標(biāo)量場足夠大。的確，如果我們的宇宙來自于chaotic暴漲，實(shí)驗(yàn)告訴我們暴漲開始的時(shí)候標(biāo)量場很大。從而，永恒暴漲似乎是不可避免的。第23頁/共40頁第二十三頁，共41頁。那么，第一層次的多元宇宙和第二層次的多元宇宙的區(qū)別是什么？區(qū)別1：第一層次的所有不同“宇宙”間在未來可以建立聯(lián)系，即如果你活得足夠長，你有機(jī)會(huì)會(huì)見另一個(gè)遙遠(yuǎn)的你。第二層次的不同宇宙沒有因果聯(lián)系。區(qū)別2：第一層次的所有區(qū)域的物理規(guī)律是一樣的，包括相互作用形式，物理學(xué)常數(shù)，時(shí)空維數(shù)（當(dāng)然不包括道德標(biāo)準(zhǔn)和審美標(biāo)準(zhǔn)），第二層次中不同區(qū)域的物理規(guī)律可以不一樣。第24頁/共40頁第二十四頁，共41頁。Chaotic暴漲一般使得不同區(qū)域的標(biāo)量場不同，極小也不同，從而熱歷史不同，依賴于標(biāo)量場的物理學(xué)常數(shù)不同，所以chaotic暴漲導(dǎo)致第二層次的多元宇宙。第25頁/共40頁第二十五頁，共41頁。第三層次多元宇宙量子力學(xué)的多世界解釋

不好意思，年輕人，30年前我們每做一次就知道，每做一觀測后，觀測后，世界就世界就分塌縮了。叉了。

HugeEverettNielsBohr第26頁/共40頁第二十六頁，共41頁。量子力學(xué)的哥本哈根解釋:每做一次觀測，波函數(shù)的波包塌縮成觀測量的一個(gè)本征函數(shù)，觀測量的取值的幾率與該本征函數(shù)前的系數(shù)的絕對值平方成正比。多世界解釋：每做一次觀測，波函數(shù)分叉成被觀測系統(tǒng)和觀測儀器的各種糾纏分支，每個(gè)分支都是一個(gè)世界，這個(gè)世界出現(xiàn)的測度與糾纏函數(shù)前的系數(shù)的平方成正比。第27頁/共40頁第二十七頁，共41頁。這樣，測量，或者相互作用，使得世界不斷地分叉，形成眾多的“歷史”：第28頁/共40頁第二十八頁，共41頁。也許，更加現(xiàn)代的說法，多歷史或“自洽歷史”更容易被接受：存在許多不同世界，每個(gè)世界就是一個(gè)歷史，這些歷史形成一個(gè)樹，樹的分叉的地方就是系統(tǒng)不同部分發(fā)生相互作用的時(shí)候。每個(gè)歷史分支的測度由Feynman積分的權(quán)重所決定。我們不會(huì)感到其他分支的存在是因?yàn)閐ecoherence，即退相干：不同分支幾乎沒有干涉，有時(shí)一個(gè)分子的作用就會(huì)使退相干發(fā)生，所以Schrodinger貓不會(huì)同時(shí)感到生和死。第29頁/共40頁第二十九頁，共41頁。第一層次和第三層次的對比：第30頁/共40頁第三十頁，共41頁。第四層次弦論中的landscape也許為第四層次提供一個(gè)實(shí)例。在弦論中，存在很多很多的亞穩(wěn)態(tài)，每個(gè)亞穩(wěn)態(tài)對應(yīng)不同的宇宙學(xué)常數(shù)，不同的相互作用群，不同的物理常數(shù)，不同的時(shí)空維度。第31頁/共40頁第三十一頁，共41頁。InternationalWorkshopofForestLandscapeModeling森林景觀模型的進(jìn)展—理論、標(biāo)準(zhǔn)化、驗(yàn)證及其應(yīng)用AdvancesinForestLandscapeModeling:Approaches,Standardization,Validation,andApplication我們要做的就是將forest換成string。2006年6月20—30日北京

第32頁/共40頁第三十二頁，共41頁。為了不過分走火入魔，我們就不討論Tegmark本人的第四層次多元宇宙了。我想在這里再說一句關(guān)于stringlandscape：這個(gè)所謂第四層次的多元宇宙其實(shí)是一個(gè)對第一層次＋第二層次多元宇宙的具體實(shí)現(xiàn)。第33頁/共40頁第三十三頁，共41頁。那么，量子力學(xué)中的多世界真的與永恒暴漲產(chǎn)生的多宇宙完全不同嗎？表面看起來，量子力學(xué)的多世界并沒有空間上的間隔，而永恒暴漲產(chǎn)生的多宇宙有時(shí)空上的間隔。在這兩個(gè)層次的多宇宙中，不同的宇宙都沒有相互作用。但是，兩個(gè)因素使得我們懷疑這兩個(gè)完全不同的多元宇宙可能是一回事。第34頁/共40頁第三十四頁，共41頁。

第一個(gè)因素黑洞的量子力學(xué)性質(zhì)告訴我們，有所謂的黑洞互補(bǔ)原理：被視界分隔開來的兩個(gè)時(shí)空區(qū)域的量子態(tài)不是互相獨(dú)立的，而是一一等價(jià)的。將這個(gè)原理推廣到宇宙學(xué)中，就有宇宙學(xué)互量子鑲嵌補(bǔ)原理。第35頁/共40頁第三十五頁，共41頁。第二個(gè)因素永恒暴漲依靠量子漲落，每個(gè)漲落依靠退相干固定下來。有沒有可能這個(gè)退相干的分支其實(shí)就是量子多世界的分支？

康定斯基的量子漲落第36頁/共40頁第三十六頁，共41頁。以上是我留給大家的思考題。答不出來不要緊，答出來就可能轟動(dòng)世界，可能是轟動(dòng)多世界！第37頁/共40頁第三十七頁，共41頁。最后，我想說，可能只有一個(gè)現(xiàn)實(shí)，無限多個(gè)夢想。愿你的夢想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。第38頁/共40頁第三十八頁，共41頁。gRjVmYp!t&w-z1C4G7JaMePhTkWnZr$u*x+A2E5H8KcNfQiUlXp#s%v)y0B3F6IaLdOgSjVmYq!t&w-z1D4G7JbMePhTkWoZr$u(x+A2E5H9KcNfRiUlXp#s&v)y0C3F6IaLdPgSjVnYq!t*w-A1D4G8JbMeQhTlWoZr%u(x+B2E6H9KcOfRiUmXp#s&v)z0C3F7IaLdPgSkVnYq$t*w-A1D5G8JbNeQhTlWo#r%u(y+B2E6H9LcOfRjUmXp!s&w)z0C4F7IaMdPhSkVnZq$t*x-A1D5G8KbNeQiTlWo#r%v(y+B3E6H9LcOgRjUmYp!s&w)z1C4F7JaMdPhSkWnZq$u*x-A2D5H8KbNfQiTlXo#s%v(y0B3E6I9LdOgRjVmYp!t&w)z1C4G7JaMePhSkWnZr$u*x+A2D5H8KcNfQiUlXo#s%v)y0B3F6I9LdOgSjVmYq!t&w-z1D4G7JbMePhTkWoZr$u(x+A2E5H8KcNfRiUlXp#s%v)y0C3F6IaLdOgSjVnYq!t*w-z1D4G8JbMeQhTkWoZr%u(x+B2E5H9KcOfRiUmXp#s&v)z0C3F7IaLdPgSjVnYq$t*w-A1D4G8JbNeQhTlWoZr%u(y+B2E6H9KcOfRjUmXp!s&v)z0C4F7IaMdPgSkVnZq$t*x-A1D5G8KbNeQiTlWo#r%v(y+B3E6H9LcOfRjUmYp!s&w)z0C4F7JaMdPhSkVnZq$u*x-A2D5G8KbNfQiTlXo#r%v(y0B3E6I9LcOgRjVmYp!t&w)z1C4G7JaMePhSkWnZq$u*x+A2D5H8KbNfQiUlXo#s%v(y0B3F6I9LdOgRjVmYq!t&w-z1C4G7JbMePhTkWnZr$u(x+A2E5H8KcNfRiUlXp#s%v)y0C3F6IaLdOgSjVmYq!t*w-z1D4G7JbMeQhTkWoZr$u(x+B2E5H9KcNfRiUmXp#s&v)y0C3F7IaLdPgSjVnYq$t*w-A1D4G8JbNeQhTlWoZr%u(x+B2E6H9KcOfRiUmXp!s&v)z0C3F7IaMdPgSkVnYq$t*x-A1D5G8JbNeQiTlWo#r%u(y+B3E6H9LcOfRjUmYp!s&w)z0C4F7IaMdPhSkVnZq$t*x-A2DKcOfRiUmXp!s&v)z0C3F7IaMdPgSkVnYq$t*x-A1D5G8JbNeQiTlWo#r%u(y+B3E6H9LcOfRjUmXp!s&w)z0C4F7IaMdPhSkVnZq$t*x-A2D5G8KbNeQiTlXo#r%v(y+B3E6I9LcOgRjUmYp!t&w)z1C4F7JaMePhSkWnZq$u*x-A2D5H8KbNfQiTlXo#s%v(y0B3E6I9LdOgRjVmYp!t&w-z1C4G7JaMePhTkWnZr$u*x+A2E5H8KcNfQiUlXp#s%v)y0B3F6IaLdOgSjVmYq!t&w-z1D4G7JbMePhTkWoZr$u(x+A2E5H9KcNfRiUlXp#s&v)y0C3F6IaLdPgSjVnYq!t*w-A1D4G8JbMeQhTlWoZr%u(x+B2E5H9KcOfRiUmXp#s&v)z0C3F7IaLdPgSkVnYq$t*w-A1D5G8JbNeQhTlWo#r%u(y+B2E6H9LcOfRjUmXp!s&w)z0C4F7IaMdPgSkVnZq$t*x-A1D5G8KbNeQiTlWo#r%v(y+B3E6H9LcOgRjUmYp!s&w)z1C4F7JaMdPhSkWnZq$u*x-A2D5H8KbNfQiTlXo#s%v(y0B3E6I9LcOgRjVmYp!t&w)z1C4G7JaMePhSkWnZr$u*x+A2D5H8KcNfQiUlXo#s%v)y0B3F6I9LdOgSjVmYq!t&A2D5G8KbNfQiTlXo#r%v(y0B3E6I9LcOgRjVmYp!t&w)z1C4G7JaMePhSkWnZr$u*x+A2D5H8KcNfQiUlXo#s%v)y0B3F6I9LdOgSjVmYq!t&w-z1C4G7JbMePhTkWnZr$u(x+A2E5H8KcNfRiUlXp#s%v)y0C3F6IaLdOgSjVnYq!t*w-z1D4G8JbMeQhTkWoZr%u(x+B2E5H9KcNfRiUmXp#s&v)y0C3F7IaLdPgSjVnYq$t*w-A1D4G8JbNeQhTlWoZr%u(y+B2E6H9KcOfRjUmXp!s&v)z0C4F7IaMdPgSkVnYq$t*x-A1D5G8JbNeQiTlWo#r%u(y+B3E6H9LcOfRjUmYp!s&w)z0C4F7JaMdPhSkVnZq$u*x-A2D5G8KbNfQiTlXo#r%v(y0B3E6I9LcOgRjUmYp!t&w)z1C4F7JaMePhSkWnZq$u*x+A2D5H8KbNfQiUlXo#s%v(y0B3F6I9LdOgRjVmYq!t&w-z1C4G7JbMePhTkWnZr$u*x+A2E5H8KcNfQiUlXp#s%v)y0B3F6IaLdOgSjVmYq!t*w-z1D4G7JbMeQhTkWoZr$u(x+B2E5H9KcNfRiUmXp#s&v)y0C3F7IaLdPgSjVnYq!t*w-A1D4G8JbMeQhTlWoZr%u(x+B2E6H9KcOfRiUmXp!s&v)z0C3F7IaMdPgSkVnYq$t*x-A1D5G8JbNeQiTlWo#r%u(y+B2E6H9LcOfRjUmXp!s&w)z0C4F7IaMdPhSkVnZq$t*x-A2D5G8KbNeQiTlXo#r%v(y+B3E6I9LcOgRjUmYp!t&w)zG8JbNeQhTlWo#r%u(y+B2E6H9LcOfRjUmXp!s&w)z0C4F7IaMdPhSkVnZq$t*x-A2D5G8KbNeQiTlXo#r%v(y+B3E6I9LcOgRjUmYp!s&w)z1C4F7JaMdPhSkWnZq$u*x-A2D5H8KbNfQiTlXo#s%v(y0B3E6I9LdOgRjVmYp!t&w-z1C4G7JaMePhTkWnZr$u*x+A2D5H8KcNfQiUlXo#s%v)y0B3F6I9LdOgSjVmYq!t&w-z1D4G7JbMePhTkWoZr$u(x+A2E5H9KcNfRiUlXp#s&v)y0C3F6IaLdPgSjVnYq!t*w-z1D4G8JbMeQhTkWoZr%u(x+B2E5H9KcOfRiUmXp#s&v)z0C3F7IaLdPgSkVnYq$t*w-A1D5G8JbNeQhTlWo#r%u(y+B2E6H9KcOfRjUmXp!s&v)z0C4F7IaMdPgSoZr%u(x+B2E5H9KcOfRiUmXp#s&v)z0C3F7IaLdPgSkVnYq$t*w-A1D4G8JbNeQhTlWoZr%u(y+B2E6H9KcOfRjUmXp!s&v)z0C4F7IaMdPgSkVnZq$t*x-A1D5G8KbNeQiTlWo#r%v(y+B3E6H9LcOgRjUmYp!s&w)z0C4F7JaMdPhSkVnZq$u*x-A2D5G8KbNfQiTlXo#r%v(y0B3E6I9LcOgRjVmYp!t&w)z1C4G7JaMePhSkWnZr$u*x+A2D5H8KbNfQiUlXo#s%v(y0B3F6I9LdOgRjVmYq!t&w-z1C4G7JbMePhTkWnZr$u(x+A2E5H8KcNfRiUlXp#s%v)y0C3F6IaLdOgSjVnYq!t*w-z1D4G7JbMeQhTkWoZr$u(x+B2E5H9KcNfRiUmXp#s&v)y0C3F7IaLdPgSjVnYq$t*w-A1D4G8JbNeQhTlWoZr%u(y+B2E6H9KcOfRiUmXp!s&v)z0C3F7IaMdPgSkVnYq$t*x-A1D5G8JbNeQiTlWo#r%u(y+B3E6H9LcOfRjUmYp!s&w)z0C4F7JaMdPhSkVnZq$t*x-A2D5G8KbNeQiTlXo#r%v(y+B3E6I9LcOgRjUmYpx-A1D5G8JbNeQiTlWo#r%u(y+B3E6H9LcOfRjUmYp!s&w)z0C4F7IaMdPhSkVnZq$t*x-A2D5G8KbNeQiTlXo#r%v(y+B3E6I9LcOgRjUmYp!t&w)z1C4F7JaMePhSkWnZq$u*x+A2D5H8KbNfQiTlXo#s%v(y0B3E6I9LdOgRjVmYp!t&w-z1C4G7JaMePhTkWnZr$u*x+A2E5H8KcNfQiUlXp#s%v)y0B3F6IaLdOgSjVmYq!t*w-z1D4G7JbMePhTkWoZr$u(x+A2E5H9KcNfRiUlXp#s&v)y0C3F6IaLdPgSjVnYq!t*w-A1D4G8JbMeQhTlWoZr%u(x+B2E6H9KcOfRiUmXp#s&v)z0C3F7IaLdPgSkVnYq$t*w-A1D5G8JbNeQhTlWo#r%u(y+B2E6H9LcOfRjUmXp!s&w)z0C4F7IaMdPhSkVnZq$t*x-A1D5G8KbNeQiTlWo#r%v(y+B3E6H9LcOgRjUmYp!s&w)z1C4F7J