多元宇宙是什么（理论物理学家陪你思考宇宙的命运。让物理学家告诉你，多元宇宙究竟是什么。） 下载 pdf 百度网盘 epub 免费 2025 电子版 mobi 在线

多元宇宙一直是天文学领域的热点话题之一，霍金晚年就围绕多元宇宙提出了关于宇宙起源的新观点。多元宇宙理论的开端可追溯至20世纪80年代，本书的作者、理论物理学家亚历克斯·维连金正是该领域的理论奠基人之一。

30多年前，理论物理学界提出了一种“永恒暴胀”的假说，认为宇宙暴胀一旦开始便不会结束。随后，维连金证明，大多数的暴胀模型都会导致永恒暴胀。这就意味着，只要发生一次暴胀，就会发生很多次暴胀，每次暴胀都能创造出一个宇宙，因此许多截然不同的宇宙相继产生，这便是“多元宇宙”。时至今日，许多天文学家都已接受了多元宇宙的概念。

这本书是维连金创作的多元宇宙的经典科普作品。他在书中介绍了多元宇宙领域的整体理论框架，循序渐进地带领读者走进多元宇宙领域探索。作者从宇宙的起源说起，他别出心裁地将故事的开篇设置在了1980年冬天的一场科学讲座，物理学家阿兰·古斯——也就是暴胀理论的提出者——在讲座中介绍新的宇宙起源的理论。随后作者沿着这条线索深入解释了有关宇宙起源的大爆炸等知识。目前宇宙学家已经普遍接受了大爆炸理论，宇宙的暴胀也几乎成为普遍共识。接下来，作者详细介绍了永恒暴胀、宇宙常数等有关多元宇宙的理论知识。

维连金擅长科普写作，他通过大量生动而形象的比喻，并运用许多图片，将抽象的理论物理概念化为更容易理解的知识。他引用了许多物理学家的名言，阅读起来更加有趣。同时，书中插入了许多在理论探索与发展的过程中作者本人及其他科学家的逸事。这本书不仅讲述了理论知识，更有引人入胜、激荡脑力科学家探索故事。

III 前言

部分 宇宙起源

003 第1 章 大爆炸的起因及过程

009 第2 章 斥引力理论的兴衰

019 第3 章 创世及其缺陷

029 第4 章 现代式创世记

047 第5 章 暴胀的宇宙

059 第6 章 正确

第二部分 永恒暴胀

079 第7 章 反引力石碑

085 第8 章 永恒暴胀

097 第9 章 天空的晓谕

105 第10 章 无穷无尽的宇宙岛 

115 第11章 国王还活着！

第三部分 平庸原理

137 第12 章 宇宙学常数问题

145 第13 章 人择原理的争论

159 第14 章 平庸原理

173 第15 章 万有理论

第四部分 开始之前

191 第16 章 宇宙有开端吗？

203 第17 章 无中生有

221 第18 章 世界末日

229 第19 章 向公式进发

237 后记

239 致谢

241 注释

亚历克斯·维连金，理论物理学家、宇宙学家，美国塔夫茨大学教授、宇宙学研究中心主任。他在宇宙学领域深耕多年，证明了大多暴胀模型都会导致永恒暴胀，是多元宇宙的理论奠基人与开创者之一。同时他热爱科普，有丰富的科普写作经验。  

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然，宇宙学的魅力并不在于它的实际用途。人们对于宇宙的迷恋，本质上和听到古代创世神话的感受是一样的，这种迷恋源自对探索未知世界的渴望，我们想知道宇宙的起源是什么，它的命运将会怎样，它的总体设计是什么样，以及我们人类要怎样融入它们。

真空能量密度的观测值大约是平均物质密度的3倍，正处于3年前由平庸原理预测出的数值范围之内。通常，物理学家认为一次成功的预测是理论正确的有力证据，然而在这一事件中，他们并不着急归功于人择原理。在这一发现之后的几年里，许多物理学家都做出了巨大的努力，试图在不依赖人择原理的前提下解释加速膨胀，其中最受欢迎的是由保罗·斯坦哈特及其合作者提出的精质（ Quintessence）模型

精质模型的观点是，真空能不是一个常数，而是随着宇宙膨胀逐渐减小。现在的宇宙已经非常老了，因此真空能的数值也非常小。更具体地说，精质模型是一个标量场，其能量函数的形貌看起来像是专]为速降滑雪设计的雪道（如图14。3所示）。在早期宇宙中，这个标量场在高高的山顶上，而现在已经降到了低海拔地区，也就是说，真空能量密度已经很低了。

这个模型的问题在于，它并没有解决当前真空能量密度恰好与物质密度相当这一巧合的难题（见第12章）。当然我们可以改交能量数的形貌来实现这一点，但是这与其说是解释问题，不如说是简他拟合数据而已。

而另一方面，使用人择原理可以自然地解决这个难题。根据平庸原理，大多数观测者都生活在宇宙学常数赶上星系形成时物质密度的区域中。像我们银河系这样的巨型旋涡星系要在相对较近的宇宙年代中オ能形成，大概是大爆炸之后的几十到上百亿年"，从那时起，物质密度已经低于真空能量密度，但是并没有低多少（对我们这个区域来说大约是1/）

尽管研究者们进行了大量尝试，但是并没有其他合理的解释能解决这一巧合难题。渐渐地，物理学家群体逐渐在心理上习惯了这种想法，即人择原理的思想也许将会持续下去。

弗里德曼的方案有一个显著的特点是，它在宇宙几何形状与其最终命运之间建立了联系。如果宇宙是闭合的，它一定会重新坍缩；如果字宙是开放的或平直的，它将永远膨胀下去。弗里曼并没有在他的论文中偏向任何一种模型。

炼金术士试图将其他的元素变成黄金，但是现在的我们知道，他们是注定要失败的。想要把一种化学元素变成另一种，人们必须学会改变原子核的组成。这种转变所需的能量比化学反应所需的能量大数百万倍，远远超过炼金术所能达到的水平。氢弹的爆炸可以达到这么高的能量，但是地球上自然发生的任何过程都不可以。因此，我们现在观测到的地球上的元素丰度与46亿年前太阳系形成时地球上的元素丰度是相同的。

放射性元素（如铀）是一个例外，它们会自发衰变成较轻的元素。一个铀原子衰变成为铅原子平均需要45亿年时间，因此，铀的含量会逐渐减少。事实上，我们对地球年龄的最准确的估算结果，就是通过对铀和铅相对丰度的测量得到的。

编辑推荐

理论物理学家陪你思考宇宙的命运，讲述关于宇宙起源的新故事。

书摘插图

我们生活在一场剧烈爆炸的余波之中。这个令人震惊的事件发生在大约140亿年前，而现在它被轻描淡写地称为“大爆炸”。在大爆炸中，整个空间爆发成一个充满物质和辐射的迅速膨胀的炽热火球。随着膨胀进行，火球逐渐冷却，光芒也逐渐减弱，宇宙慢慢地陷入了黑暗。这样平淡无奇地过去了10亿年，星系在引力的作用下逐渐形成，宇宙也逐渐被不计其数的恒星照亮，恒星周围开始有行星环绕，某些行星开始成为智慧生物的家园，而其中的某些智慧生物成为宇宙学家，并且发现宇宙起源于一次大爆炸。

相比于历史学家和侦探，宇宙学家的优势是他们真的可以看到过去。来自遥远星系的光需要经过数十甚至上百亿年才能到达我们安放在地球上的望远镜，因此我们观测到的实际上是数十甚至上百亿年前刚刚发出这些光的年轻星系。微波探测器能捕捉到大火球爆炸后的微弱余晖，并由此得到了一幅早期宇宙的图像，它能反映星系形成之前的宇宙图景。因此，我们可以说，宇宙的历史毫无保留地展现在我们眼前。

这种奇妙的设想当然也有其局限性。尽管我们可以追溯到宇宙大爆炸后不到一秒的时间之内的历史，但大爆炸本身仍然笼罩在迷雾之中。是什么触发了这个神秘的事件？它是宇宙真正的起源吗？如果不是，那么在此之前发生了什么？此外，根据宇宙基本原理，我们在太空中能看见的距离也是被限制的：我们视界的边界就是自大爆炸以来光走过的远距离。视界之外的事物无法被观察到，原因很简单：它们所发出的光无法到达地球。这让我们对视界之外的宇宙更加好奇。

它们是和我们一样，还是存在巨大的差异呢？宇宙是无限延伸的，还是像地球一样有封闭的表面呢？

这些都是关于宇宙的基本的问题。但是我们有希望得到答案吗？如果我声称视界之外的宇宙突然终结了，或者声称那里其实充满了水并且被具有高等智慧的金鱼所统治，谁又能证明我说错了呢？因此，宇宙学家主要关注的是宇宙中的可观测部分，而可观测宇宙之外的部分就留给哲学家和神学家来讨论吧。然而，如果我们对宇宙的认知只能被局限在视界之内，这也太令人失望了。我们可以发现新的星系，也可以像绘制世界地图一样绘制出整个可见宇宙的全景图，但是这样做的目的是什么呢？考虑到未来某天我们可能会开始星际殖民，那么绘制我们银河系的星图可能会有实际用途。但是我们不太可能去几十亿光年之外的星系殖民，至少在接下来的数十亿年间做不到。当然，宇宙学的魅力并不在于它的实际用途。人们对于宇宙的迷恋，本质上和听到古代创世神话的感受是一样的，这种迷恋源自对探索未知世界的渴望，我们想知道宇宙的起源是什么，它的命运将会怎样，它的总体设计是什么样，以及我们人类要怎样融入它们。

在面对宇宙的这些终极问题时，宇宙学家与侦探相比其实并没有什么优势，也只能依靠间接证据，即通过对可观测宇宙的测量结果来推断不可观测部分的时间和空间。这些限制使“排除合理怀疑”变得更加困难。近年来，随着宇宙学的大力发展，有理由相信，对于这些终极问题，我们已经有了答案。

书籍介绍

多元宇宙一直是天文学领域的热点话题之一，霍金晚年就围绕多元宇宙提出了关于宇宙起源的新观点。多元宇宙理论的开端可追溯至20世纪80年代，本书的作者、理论物理学家亚历克斯·维连金正是该领域的理论奠基人之一。

30多年前，理论物理学界提出了一种“永恒暴胀”的假说，认为宇宙暴胀一旦开始便不会结束。随后，维连金证明，大多数的暴胀模型都会导致永恒暴胀。这就意味着，只要发生一次暴胀，就会发生很多次暴胀，每次暴胀都能创造出一个宇宙，因此许多截然不同的宇宙相继产生，这便是“多元宇宙”。时至今日，许多天文学家都已接受了多元宇宙的概念。

这本书是维连金创作的多元宇宙的经典科普作品。他在书中介绍了多元宇宙领域的整体理论框架，循序渐进地带领读者走进多元宇宙领域探索。作者从宇宙的起源说起，他别出心裁地将故事的开篇设置在了1980年冬天的一场科学讲座，物理学家阿兰·古斯——也就是暴胀理论的提出者——在讲座中介绍新的宇宙起源的理论。随后作者沿着这条线索深入解释了有关宇宙起源的大爆炸等知识。目前宇宙学家已经普遍接受了大爆炸理论，宇宙的暴胀也几乎成为普遍共识。接下来，作者详细介绍了永恒暴胀、宇宙常数等有关多元宇宙的理论知识。

维连金擅长科普写作，他通过大量生动而形象的比喻，并运用许多图片，将抽象的理论物理概念化为更容易理解的知识。他引用了许多物理学家的名言，阅读起来更加有趣。同时，书中插入了许多在理论探索与发展的过程中作者本人及其他科学家的逸事。这本书不仅讲述了理论知识，更有引人入胜、激荡脑力科学家探索故事。