《怪奇物语》、平行宇宙和弦理论的现状

Netflix 的《怪奇物语》无疑是今年夏天的热门作品，它是一部运用了一些严肃科学理论的科幻恐怖剧。尽管它们可能互换使用一些术语，但该剧深入探讨了理论物理学和天体物理学中一些激烈而令人困惑的话题。

为了弄清这部科幻小说背后的科学原理， 《大众科学》有幸采访了哥伦比亚大学物理学和数学教授、理论物理学家布莱恩·格林。尽管他对平行宇宙和进入异次元的概念持怀疑态度，但他持开放态度，愿意探索这些可能性。以下是我们与他的对话：

在《怪奇物语》中，他们交替使用了平行宇宙和异次元这两个术语。它们是一样的吗？如果不是，那它们有什么区别？

不，我的意思是，它们其实并不一样。它们是相关的，但你可以拥有一个比我们已知的维度更多的宇宙。有理由认为，除了我们已知的三个维度之外，可能还有更多我们看不见的空间维度。

现在，你也可以拥有宇宙，也可以拥有多元宇宙的提议——即多重宇宙的提议——其中每个宇宙只有三个空间维度和一个时间维度。你可以拥有多个宇宙，每个宇宙的维度数与我们天真的感知所认为的相同：三个空间维度和一个时间维度。你当然可以将所有这些想法放在一起，并提出一个多宇宙理论，其中你还拥有额外的空间维度，因此它们并不相互排斥。

那么，考虑到这一点，节目中的老师用一个比喻来描述这个平行维度，说我们就像走钢丝的杂技演员，我们能进入的维度只有向前和向后。但钢丝上还有一只跳蚤，它也可以钻到绳子下面，这是一个很好的比喻，可以说明平行维度的假设运作方式吗？

嗯，你问的是一个有偏见的人，因为如果你看看《宇宙的结构》，你会看到一幅走钢丝的人在你描述的那根钢丝上走钢丝的图片，你会看到他在走钢丝时试图避开一只小跳蚤。所以，是的，这是一个很好的比喻。

好吧，也许他们当时就是从那里得到的！所以，从这个类比开始，老师继续解释说，为了能够访问跳蚤可以访问的内容，我们必须拥有巨大的能量来撕开时空连续体。这是真的吗？

为了能够观察微小的维度，你需要大量的能量。你拥有的能量越多，你能够观察到的实体就越小。这就是我们建造大型强子对撞机等机器的原因，它们将大量的能量集中到一个小区域，在这个小区域内，我们能够在非常小的距离尺度上探测宇宙。

我突然想到，你知道，无论是谁编写了这个节目，他都熟悉这些想法的一些流行描述，无论它是否是我的，这都并不重要。

但是，你知道，如果你想知道桃子里面是什么，你会向桃子发射小射弹，显然，如果射弹的能量不大，你只能接触到水果柔软的肉质部分。如果你的射弹能量很大，它会直接探测到果核，你就会开始真正看到水果的内部结构。宇宙也是一样；能量越多，你探测得越深，你就越能了解物质组成的精细结构。

明白了。我认为这更符合膜宇宙理论，即你必须让两个宇宙以某种紧密接触或彼此接近的方式接触，才能进入另一个宇宙。那么，这三个膜可以相交和重叠吗？或者它们就像你在《隐藏的现实》中描述的那样，是堆叠在一起的“面包片”吗？

因此，一种配置是面包描述，但事实并非如此，这些对象和原理可以重叠，它们可以相交，我们已经研究出如果它们重叠会发生什么的各种数学和物理含义。事实上，这些想法的一些最精致的版本设想存在更多维度的膜，不是三维，而是在三维子空间中重叠的高维膜，而重叠区域实际上可能就是我们所体验到的现实。所以我们的三维现实可能来自以你正在询问的方式相交的高维膜。

有些人还认为，存在着许多现实，它们都发生了。你们称之为量子多元宇宙，通常也称之为多重世界诠释。那么，这些宇宙究竟在哪里呢？

宇宙存在于一个数学空间中，称为希尔伯特空间，这个数学领域是量子力学概率波的自然家园。因此，当量子力学的数学从 20 世纪 20 年代和 30 年代开始发展时，人们最终意识到存在一个现有的数学思想、结构、概念，这是概率波数学化身的自然家园。

但是我们大多数人不会从希尔伯特空间的角度来思考，我们想说，“好吧，它在哪里？指向那些其他世界”，这很有挑战性，因为量子力学的其他世界不会存在于我们通常所想的空间中。它们将是另一个世界，这个地方的另一个版本，不会在时空意义上与它重叠。并不是说存在一个所有量子世界都存在的高维几何。相反，这些世界中的每一个都是一个数学实体，生活在一个更抽象的数学状态中，我们都是这个更抽象的数学空间的居民。

正如你所看到的，它挑战了传统语言，因为我正在摸索着向你描述它，去定位那个领域，因为传统语言中没有希尔伯特空间的版本，但那是描述正在发生的事情的数学。

明白了。现在谈谈我们更具体的宇宙。在你的新书中，你谈到了六种不同的实验和观察，你说它们有能力将弦理论与数据联系起来，其中之一就是引力波。今年早些时候，有消息称我们终于探测到了引力波，那么这对所有这些多元宇宙理论意味着什么？现在什么样的实验是可能的？

引力波的发现证实了我们原则上可以利用空间结构中的涟漪作为探索奇异理论的诊断工具。一种与弦理论相关的可能方法，也就是我在书中描述的方法，是如果弦理论是正确的，那么可以想象，随着宇宙的膨胀，弦理论中的一小根弦会被拉伸。它会在太空中，剧烈振动，你知道，也许在我们可观测的宇宙中只有一根孤独的弦。就像马戏团里的星星鞭打一样，当这种弦状实体剧烈振荡时，它会发出噼啪声，一种声音，弦理论的狂野弦——它们会发出另一种噼啪声，但这不是听觉声音，而是引力波声音，是空间结构中的涟漪。

人们已经计算出如果有一根弦剧烈振动，你预计会收到什么样的波形。这与黑洞碰撞产生的波形不同，那是他们在 9 月份发现的。所以人们自然会寻找那些波形，如果找到它们，那将是一件大事。

您认为他们正在寻找这些形状吗？

嗯，我相信他们要么在寻找它们，要么在排除它们。显然，我们无法预测尚未进行的实验和观察的结果，但我们知道，探测器的灵敏度已经达到了这样的程度：如果这些涟漪存在，它们应该能够探测到。如果它们没有探测到，就意味着它们不在那里。

当您写上一本书时，您看到了实验的进展情况如何？结果如何？

嗯，你知道，对于引力波来说，这是一个令人兴奋的轨迹，因为事情的发展正如我在 2011 年所希望的那样。我们终于首次探测到了引力波，现在人们正致力于利用引力波作为一种新的工具，一种新的观测工具。所以这个故事正朝着人们所预期的轨迹发展。大型强子对撞机是另一个可能探测奇异理论的探测器，你知道，2012 年，它发现了希格斯玻色子，太棒了。

我们原本希望接下来发生的事情是发现一些与弦理论相关的更奇特的粒子。你知道，三周前，有传言说已经发现了这种粒子。但科学的美妙之处在于它极其严谨和自我修正，而那些早期谣言的实验者非常谨慎，称数据还不足以让我们宣称发现。事实上，当他们更仔细地观察数据时，与该粒子相关的凸起已经消失在更精确的数据中，这就是探索的本质。所以我们会继续前进，谁知道呢，也许在未来几个月或几年内会出现一种新的粒子，但显然，谁能说得准呢？

本次采访经过编辑和压缩，篇幅较长。我们已联系 Netflix 征求对杂技演员隐喻的评论，如果收到评论，我们会及时更新。