DDS028-「我們只有一個宇宙嗎？」

〔註：早在今年4 月 8 日，我在「部落格」一文中（DDS003-「2013 年的 Pi Day」），即慎重的推介了「奚氏玻子（Higgs Boson）」的發現和證實，以及其在物理學上的重大意義。果不其然，事隔半年，今年 10 月 8 日，諾貝爾獎委員會宣佈，François Englert and Peter W. Higgs 兩位學者，因為對「奚氏玻子」的研究和貢獻，共同列名今年「諾貝爾物理學獎」的得主，有興趣的讀者，可回頭參閱該文（DDS003）。想說的是，當初我闢此「部落格」的主要目的，即是希望能為讀者及時介紹，最新和最重要的科學知識和訊息，以此次「諾貝爾物理學獎」為例，希望讀者們，能感受到我的「用心」，也希望能得到你們的支持和認同。〕

在前兩篇部落格文中（DDS023-「宇宙有多大？」和DDS027-「宇宙膨脹說」），我就人類自古以來，充滿好奇的有關「宇宙」大小、形狀以及其是否膨脹的問題，向讀者你做了一些說明。接下來，讓我們再提出一個更「勁爆」的問題，那就是：「我們只有一個宇宙嗎？」因為，依常理、機率或邏輯來說，假如我們存在的「宇宙」，是來自當初（約 138 億年前），在自然界中的一個偶然的「大爆炸（Big Bang）」，那就沒有道理認為，我們的「宇宙」就是那麼幸運，是全自然界中的「唯一」，難道同樣的情況（指的是如「大爆炸」事件），不會在不同的「時」、「空」裡發生嗎？

同樣的念頭，同樣的好奇，也激發了天文學者，想試著去進一步探索，這樣的一個問題〔註：「好奇（curiosity）」是一切科學之源。對從事科研工作的朋友，有句英文名言：「curiosity survives」，譯成中文為：「只有好奇，才能讓你在這個行業存活」，絶非虛言。〕迄今為止，科學家們普遍認為，自然界中的確應有「多重宇宙（multiverse）」，而不是「單一宇宙（universe）」（注意 universe 和 multiverse 這兩個「英文字」的不同），有人甚至逕呼：再見，「單一宇宙」，歡迎，「多重宇宙」！（Goodbye Universe, Hello Multiverse!）。當然，科學的確需要某種程度的「衝動」，但也不能「情緒」，一切還是要回到「證據」上來，「胡適」先生曾說過：「有幾分證據，說幾分話，有七分證據，不能說八分話。」誠哉斯言！

因此，自然界中，除了我們自個兒這個「宇宙」外，還有其他「宇宙」的說法，依據在哪？這就是本文，要和你探討的重點。但這次我的寫法不同，先告訴你，這所謂的「多重宇宙（multiverse）」，到底可能是個什麼樣子，然後再告訴你，目前的證據（直接或間接）在哪裡？主要是因為各種「多重宇宙」的相關示意「圖片」，實在太生動漂亮了，要是慢一分鐘與你分享，都會讓我覺得，對不起你！何况，先有這種視覺上的感受，接下來我在下面的解釋，也就更容易讓你理解。

承前所言，科學家們普遍認同，我們所在的「宇宙（universe）」，應是自然界中無數個「宇宙」之一。迄今為止，依不同學者的研究結果，至少這「多重宇宙（multiverse）」，可能以以下五種不同的形式，呈現在自然界中：

（一）「無限宇宙（Infinite Universes）」（見下圖，credit: Shutterstock/R.T. Wohlstadter）。雖然我們迄今還是無法百分之百的確認，「宇宙時空（space-time）」的形狀，但咸信它應是「平」的，且向外無限的延伸（stretches out infinitely）（見前部落格文 DDS023-「宇宙有多大？」），因此，這個「無限宇宙」，看起來就像是由無數個大小相似的方格布，縫成的大被套一樣。

（二）「泡泡宇宙（Bubble Universes）」（見下圖，credit: Shutterstock/Victor Habbick）。這種看法，主要是源自「宇宙遽脹說（cosmic inflation）」，該學說認為，「宇宙」在「大爆炸」的瞬間之後，以比光速還快的速度急遽膨脹（只持續了約 10 至36 秒），然後就以我們目前熟知的膨脹（expansion）速率和方式，持續至今。在這樣的過程中，有些部分的「空間（space）」在某一時間點，就停止膨脹，甚至終止，以致形成了各種今日所見的銀河、星系，而另外有些部分的「空間」則繼續膨脹，最終形成許多大小不一的「宇宙」，這種情形，就如同我們小時候，吹肥皀泡沬那樣，空中佈滿著，各式大小不一的肥皀泡泡。

（三）「平行宇宙（Parallel Universes）」（見下圖，credit: Shutterstock/Sandy MacKenzie）。這個看法，主要是依據「弦論（string theory）」而來，因為該理論認為自然界中，不止只有我慣常所認知的「三維空間」和「時間」而已，其實還有更多維的空間存在〔註：依目前「弦論（String Theory）」的論證，我們的「宇宙」空間，可達「十維」〕，而我們的「三維空間宇宙」，只是漂浮（float）在此更多維的空間裡而已。

其次，（四）「鸞生女宇宙（Daughter Universes）」，這個說法，主要是從「量子力學（quantum mechanics）」的角度出發，因為「量子力學」描繪「次原子粒子（subatomic particles）」的各種性質時，是以「機率（probabilities）」為主，因此，既然我們知道有我們這個「宇宙」的存在，那就「機率」而言，當然可能有另外多個不同「宇宙」的存在。

最後，（五）「數學宇宙（Mathematical Universes）」，事實上，科學家們一直在爭辯的一個有趣話題是：「數學」只是一個，單純用來描述，我們物理世界（在此可視為「宇宙」）的工具呢？還是它本身就是一種「真實的存在（fundamental reality）」。假如是後者的話，那麼我們今天用來理解，我們存在「宇宙」的所有「數學結構（mathematical structure）」，應該只是諸多選項之一而已，因此你當然可以期待，在不同的「數學結構」下，可以有不同於我們的其他「宇宙」的存在。

事實上，有關「多重宇宙（multiverse）」這類議題的探討，在科學界至少已延燒了三十年以上，但卻始終苦無證據，用來支持這種看法。然而，今年六、七月間，當科學家們再次重新檢視，由「卜朗克」衛星（Planck satellite ）拍攝所得的「宇宙微波背景（Cosmic Microwave Background）」圖時，赫然發現，該圖的「輻射」強度（即溫度），呈現一「南北分佈不均」的情形，南邊明顯較北邊強，而且還有些區塊，其溫度低於平均值〔見下圖，該圖以「溫度通量（temperature flux）」表之，橘紅色代表溫度髙於平均值，藍色則表低於平均值，圖中的粗曲線是用來區隔上北、下南兩部分，在南半部的深藍區塊，由於其溫度最低，稱之為「冷點（cold spot）」；credit: ESA and the Planck Collaboration〕。〔註一：「宇宙微波背景（Cosmic Microwave Background）」圖，是「宇宙」在「大爆炸」後約  37 萬年時，所熾射出來的光芒，在歷經了約 138 億年後，才到達地球而被我們觀測到的；註二：有關此「宇宙微波背景（Cosmic Microwave Background）」圖的詳盡說明，請參閱我之前的部落格文 DDS008-「宇宙微波背景」輻射圖。〕

依據「大爆炸」理論，這些被偵測到的「背景輻射（background radiation）」值，理應均勻分佈在「宇宙」間，但該圖呈現的並非如此，其中可能的原因之一，就是當我們這個「宇宙」，在「大爆炸」窄始形成的過程中，曾受到當時另外一個「宇宙」的引力拉扯所致，據此，科學家們一致認為，這種溫度明顯分佈不一的「異常」現象，適足為「多重宇宙（multiverse）」的理論，提供了迄今為止，最為具體、最為直接，而且最具有說服力的證據。另一個目前科學家們，還在繼續探究，但尚無定論的證據是，最近才被證實存在於我們「宇宙」中的「暗流（dark flow）」，該「暗流」（由數億個星球匯集而成）在 「半人馬（Centaurus）」和「船帆（Vela）」 兩星座間，以每秒約 800 公里的速度，朝著天體的某一固定方向流去，這個現象意味著，我們「宇宙」的近鄰，似乎存在著另外一個，看不見的其他「宇宙」，正在牽引/吸引著它們而去。