「宇宙沼澤」檢驗：弦理論下產生的多數宇宙或不存在

據國外媒體報道，一些物理學家認為，弦理論的問題在於它產生了太多的宇宙，它預測的不是一個宇宙，而是宇宙存在10的500次方個時空版本，每個宇宙時空都有各自物理定律。但是有這麼多的宇宙擺在研究桌面上，這個理論如何解釋我們的宇宙所具有的特徵呢？

目前，一些理論學家認為，多數宇宙(並非所有宇宙)實際上是不存在的，弦理論所預測的宇宙數量並沒有那麼多。

目前，一些理論學家認為，多數宇宙（並非所有宇宙）實際上是不存在的，至少如果我們想讓它們擁有穩定的暗能量，即加速宇宙膨脹的假設力量。對於一些人而言，消除這麼多假設宇宙並不是技術退步，而是宇宙弦理論向前邁進的重要一步，對做出可測試性預測帶來新的希望。但是其他一些人表示，多元宇宙將繼續存在，所有這些關於宇宙提出的問題根本不是問題。

今年6月底日本召開會議，對弦理論這一熱門話題展開了激烈辯論，弦理論學家們在這裡召開2018年宇宙弦理論大會。瑞典烏普薩拉大學物理學家烏爾夫?丹尼爾松（Ulf Danielsson）說：「這真的是一件新鮮事，並在該領域引發爭論。」

2018年宇宙弦理論大會的核心討論內容發表在arXiv網站上，該內容主要著眼於所謂的弦理論「景觀方案」，從不同弦理論等式不同解決方法可獲得無限數量的潛在宇宙，同時依據弦理論等式可分析獲得宇宙形成物質，例如：暗能量。但是這篇研究報告指出，迄今大多數解決方法都表現出了數學理論的不一致，將其放在所謂的「宇宙沼澤」之中，證實它們實際並不存在。

多年以來，科學家知道許多弦理論解決方法肯定經不起「宇宙沼澤」的檢驗，但可能大多數或者所有弦理論「景觀方案」要保持下來必須經歷重大變化。研究報告負責人、美國哈佛大學物理學家庫姆倫?瓦法（CumrunVafa）說：「事實上，從理論上講，要找到包含穩定暗能量的弦理論有效解決方案是不可能的。」

迷失在多元宇宙

弦理論試圖通過增加時空額外維度和將粒子想像成為極小振動循環來描述整個宇宙，許多弦理論學家認為，這仍然是阿爾伯特?愛因斯坦（Albert Einstein）將廣義相對論與量子力學相互衝突的微觀世界統一起來的理想方向。然而，弦理論的景觀概念不僅能預測一個宇宙，還能預測許多宇宙，這一點令物理學家產生了置疑。美國普林斯頓大學物理學家保羅?斯泰恩哈特（Paul Steinhardt）說：「如果弦理論能夠產生多個宇宙，那麼我認為該理論是錯誤的，因為它失去了所有預測價值，真的是一切皆有可能。」對於斯泰恩哈特和其他人而言，最新發現的暗能量問題為弦理論提供了一條出路，這種大型多元宇宙的預測景觀在數學理論上可能是錯誤的，矛盾的是，這使得事情變得更加有趣，因為這意味著弦理論比我們想像的更具有預測性。

美國芝加哥大學薩維迪普·塞思（Savdeep Sethi）在內的一些弦理論學家希望現在重新進行評估，他說：「我覺得重新檢驗弦理論令人非常興奮，長期以來，我對弦理論的『景觀方案』持懷疑態度，我希望看到思考模式的轉移，不再相信我們有一套經過驗證的解決方案。」

但是並非所有人都認可這樣的觀點，認為弦理論「景觀」實際上屬於「宇宙沼澤」，尤其是2003年建立「景觀」最早版本的一支研究團隊，該團隊以科學家成員姓氏縮寫命名為KKLT，美國斯坦福大學KKLT成員沙米特·卡奇盧（Shamit Kachru）說：「我認為做這些推測和檢查是非常有益的，但是我不認為有任何理論或者實驗原因能夠認真對待這些猜想。」

同時，美國斯坦福大學物理學家伊娃·西爾弗斯坦（Eva Silverstein）也幫助建立早期的景觀模型，她同樣置疑哈佛大學物理學家庫姆倫·瓦法和他同事的論據。她說：「我認為KKLT研究團隊使用的研究元素和研究方法組合在一起是完全有效的。」

高級研究所理論學家胡安·馬爾達西那（Juan Maldacena）表示，他仍然支持弦理論宇宙觀點，認為宇宙擁有穩定暗能量。

許多理論學家對弦理論多元宇宙理論非常滿意，卡奇盧說：「如果弦理論宇宙景觀是正確的，那麼我們所處的宇宙與多元宇宙相比就像我們的太陽系在宇宙中一樣。」

17世紀德國天文學家約翰內斯·開普勒（Johannes Kepler）最初曾探尋地球與太陽之間保持距離的根本原因，而現在我們知道，太陽只是銀河係數十億顆恆星中的一顆，每顆恆星都有自己的行星，地球與太陽之間的距離只是一個隨機數，而不是隱藏著某種深奧的數學原理。同樣的，如果宇宙是多元宇宙中的萬億分之一，那麼我們宇宙的特定參數也同樣是隨機的。這些數字似乎是完美地微調創造一個宜居宇宙，這是一個選擇性效應，人類當然會發現自已身處多元宇宙中一個罕見角落，在那裡他們有可能進化。

加速宇宙

如果弦理論真的不能適應穩定的暗能量，這可能是一個置疑弦理論的理由。但對於瓦法而言，這是置疑暗能量的一個理由——暗能量最普遍的形式，被稱為宇宙常數。

弦理論源自1917年，是著名科學家愛因斯坦提出的，並於1998年被科學家們關注，當時，天文學家發現不僅時空膨脹，而且膨脹速度也在不斷加快。宇宙常數是真空中一種能量形式，它不會改變和抵消引力牽引。但這並不是宇宙加速的唯一解釋，另一種解釋是「第五元素（quintessence）」，被認為是土、水、火、風以外構成宇宙的神秘元素，它們可以進化，並能遍布時空。瓦法說：「不管你能否在弦理論中實現穩定的暗能量，結果證明，在弦理論中暗能量隨時間變化的想法實際上更行得通。如果是這樣的話，那麼我們可以通過目前正在進行的天體物理觀測來測量暗能量的滑動。」

到目前為止，所有天體物理學證據都支持暗能量觀點，但在測量方面還是有一些迴旋餘地。即將進行的實驗，例如：歐洲歐幾里得（Euclid）太空望遠鏡、美國宇航局廣域紅外巡天望遠鏡（WFIRST），以及在智利沙漠建造的西蒙斯天文台，將尋找暗能量在過去比現在更強或者更弱的跡象。

斯泰恩哈特說：「有趣的是，我們當前已處於一個非常敏感的狀態，開始對宇宙常數理論施加壓力，我們不必等待新技術的出現，當前我們就在遊戲之中。」

甚至對瓦法提議持懷疑態度的人也支持替代暗能量的想法，西爾弗斯坦說：「我實際上同意該觀點，一個不斷變化的暗能量場是一種簡化加速膨脹的方法。但是我不認為有任何理由可以對暗能量進行觀察預測。」

「第五元素」並非唯一的選擇，在瓦法研究論文之前，典烏普薩拉大學物理學家烏爾夫?丹尼爾松和同事提出了另一種將暗能量與弦理論結合在一起的方法。依據他們的觀點，我們的宇宙是一個在更大維度空間中處於膨脹的三維泡狀物表面。該表面的物理特性可以模擬暗能量的物理特性，丹尼爾松說：「與我們目前的想法相比，這是一種實現暗能量的不同方式。」

一個美麗的理論

最終，弦理論的爭議焦點聚集在一個深奧問題：物理學的意義是什麼？一個好的理論應該能夠解釋我們周圍宇宙的特性嗎？還是這要求太多了？當一種理論與我們認為的宇宙運行方式發生衝突時，我們是否應當拋棄自認為知道的理論或者事物？

弦理論對於許多科學家而言是非常吸引人的，因為它是「美麗的」——它的方程式令人感到滿意，做出的解釋簡潔明了。但是目前為止，弦理論仍沒有任何實驗證據支持它，更糟糕的是，沒有任何合理的可能性收集相關證據。然而，即使弦理論無法調節我們在宇宙中觀測的暗能量，也不能阻止一些人仍然認可弦理論。

美國芝加哥大學薩維迪普·塞思說：「弦理論如此『豐富和美麗』，幾乎所有的觀點都是如此正確，以至於我們很難相信錯誤出現在弦理論，而不是我們。」但也許追求完美並不是找到正確宇宙理論的好方法，法蘭克福高等研究所物理學家薩賓·霍森菲爾德（Sabine Hossenfelder）在她的新書《迷失在數學：美麗如何把物理學引入歧途》中寫道：「數學充滿了令人驚嘆的美麗事物，同時它們多數無法描述這個世界。」

儘管物理學家持有不同觀點，但是他們的共同目標是理解宇宙。卡奇盧是弦理論景觀概念的創始人之一，他與瓦法亦師亦友，但是瓦法是景觀概念批判者。卡奇盧說：「瓦法曾問過我，是否敢自己的性命來賭景觀概念解決方案的真實性？我的回答是，我不敢賭我的命，但我敢賭他的命！」

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