書名：多重宇宙：量子力學、超弦理論、9+1維度時空，人類對宇宙的最新真相探究

作者簡介

原著作者
野村泰紀
1974年出生於日本神奈川縣。加州大學柏克萊分校教授。柏克萊理論物理中心主任。美國勞倫斯柏克萊國家實驗室資深研究員、東京大學科維理宇宙物理學與數學研究所聯合研究員、兼任理化學研究所客座研究員。主要研究領域為基本粒子物理學、量子重力理論、宇宙學。
1996年東京大學理學部物理學系畢業。2000年東京大學研究所物理學專攻博士課程結業，取得理學博士學位。曾在美國費米國立加速器實驗室、加州大學柏克萊分校擔任助理教授、副教授等職位至現職。
著有《多重宇宙的宇宙學導論：我們為什麼會存在於〈這個宇宙〉？》（星海社）、《為什麼宇宙會存在？現代宇宙學入門》（講談社）等。

譯者簡介

翻譯作者
林怡君
自由譯者，逾7年相關經驗，擅長科普類、機械類主題。

書籍目錄

導讀：瘋狂的多重宇宙？施奇廷

前言

第1講  究竟什麼是多重宇宙？
宇宙的結構「幾乎是均勻一致」，曾經以為那就是全部了
是否「只有歷史不同的宇宙」？還是「連物理定律都不同的宇宙」也存在？
位於不同的時空位置或不同維度的宇宙，都是可能存在的
「以機率的方式同時存在」的量子力學觀點
在量子力學中，不同的世界會分歧開來，並持續同時存在
不同宇宙之間互相干涉的可能性幾乎為零
量子力學和廣義相對論的矛盾由「超弦理論」解決

 

第2講　過於完美的宇宙之謎
我們的宇宙中的物理定律為什麼對人類如此有利？
無數的宇宙中，恰巧有一個是「我們的宇宙」
理論值比預期小了120位數的真空能量密度
仍然無法找到真空能量變成零的機制
溫伯格的主張，科學界冷眼看待
世紀大發現「宇宙正在加速膨脹」
物質的能量密度與真空的能量密度幾乎一致的謎
人類的誕生是「奇蹟般的時機」？
經過了20年，被驗證是正確的溫伯格的預言

 

第3講　被預言的多重宇宙的存在
如何解決「真空能量過小的問題」
9+1維度存在的前提是超弦理論
額外維度讓「真空能量過小問題」變得可以解釋
方程式給出的答案過去被誤解的歷史
在理論或方程式的正確性面前，人類的直覺並不可靠
劃時代的暴脹理論沒想到預言出的那些事
超弦理論加上暴脹理論預言了多重宇宙

 

第4講　數不盡的泡宇宙
現在的宇宙學基礎：大霹靂理論
夜空現在仍閃耀著早期宇宙的光芒
幾乎完全均勻的誕生後38萬年的宇宙景象
大霹靂理論無法解釋的「地平線問題」
無法解釋的另一個謎「宇宙過於平坦的問題」
改良過的「暴脹理論」成為解開謎團的關鍵
「我們的宇宙」為何如此均勻與平坦，是因為它只是宇宙中極小的部分
38萬歲的宇宙「幾乎」均勻的理由
從內部看是無限的，但從外部看卻是有限的「我們的宇宙」
活動著的人與靜止的人，時間的流逝速度不同
「我們的宇宙」內與外時間概念不同
無法前往母宇宙，因為它位於「我們的宇宙」的過去

 

第5講　多重宇宙的宇宙學現況
計算與觀測皆逐漸確立的暴脹理論
占據全部物質質量五分之四的未知存在「暗物質」
關於多重宇宙的宇宙學是哲學般紙上談兵的「誤解」
根據往後的觀測結果多重宇宙論被否定的可能性
多重宇宙的宇宙學是貨真價實的科學
與「我們的宇宙」相似結構的宇宙可能無限的存在
是否在另一個泡宇宙中存在「另一個我」？
「發現新理論」並非意味著「舊理論變得無效」

 

第6講　娛樂作品中的多重宇宙
近年的科幻作品中融入了多重宇宙論的精髓
娛樂作品中描繪的多重宇宙存在的可能性？
即使可以乘坐時光機前往未來，也無法回到過去
對於多重宇宙的描繪科學比起娛樂更離奇
「外星人」可能存在，但地球被攻擊的可能性極低
 
後記

中日英文對照表

推薦序/導讀/自序

導讀：瘋狂的多重宇宙？
東海大學應用物理系教授     施奇廷
 
先提醒一下讀者：這是本瘋狂的科學書。

「多重宇宙」的概念，在好萊塢電影的推波助瀾下，已經成為眾所周知的名詞了。不過大家可能會這麼想：主角穿梭於不同宇宙之間，看到了自己的不同際遇——就娛樂來說是滿有趣的，但是這種誇張的設定都是唬爛的吧？

不過本書作者，加州大學柏克萊分校物理系的野村泰紀教授告訴我們，跟當前的物理學比起來，電影演的多重宇宙根本是小兒科。

故事是從諾貝爾物理獎得主溫伯格的想法開始：宇宙的各種物理常數，未免也太適合產生複雜豐富的結構了吧？從基本粒子、原子分子、乃至於星球、星系、銀河……甚至還有跟各位一樣，正在思考「宇宙到底是什麼」的人類。物理常數的值只要改變一點點，所有這些有趣的東西通通會消失，只剩下什麼都沒有的無聊宇宙。

為什麼物理常數會這麼剛好呢？萬能的造物者的精心設計？極端的巧合？這兩種想法都不合物理學家的品味，所以溫伯格提出了第三條路：事實上宇宙有非常多個，每一個的物理常數數值都不一樣，其中有一個宇宙的物理常數就是這麼剛好，所以一點也不特別。就像樂透的得主會覺得自己受到上天眷顧或是運氣超好，但事實上既然有幾百萬人買了樂透，當中有人中獎也是理所當然。

那麼宇宙到底有幾個呢？溫伯格估算了一下，提出了10的120次方（1後面120個零）這個數字。

這實在太扯了，一開始沒有人把他的想法當一回事，不過隨著理論、實驗與天文觀測的進展，物理學家發現宇宙的真相可能是：從原始宇宙誕生的「奇異點」開始，發生了「暴脹」，在極短的時間膨脹到極大，然後一個個的新宇宙從這個暴脹的「母宇宙」中像泡泡一樣的冒出來，每個泡泡（子宇宙，例如我們所存在的這個宇宙）又會膨脹到幾乎無限大的程度。

這樣的泡泡宇宙數量會有多少呢？根據「超弦理論」最保守的估計，有可能存在的宇宙總數可能多達10的500次方（1後面500個0）個！

物理學家正在思考的事，比好萊塢電影的內容誇張多了。

閱讀本書時就像搭乘雲霄飛車一樣刺激與驚奇，但也有可能引起暈眩不適的副作用。請各位讀者拋開各種常識與體驗的束縛，一起跟作者大開腦洞，在這個「包含無限宇宙的無限宇宙」中悠遊吧！

最後要提醒讀者的是：宇宙學在物理學中，屬於比較特別的分支，因為宇宙的誕生與演化只有一次無法重來，所以不可能有親眼目睹這個過程的「直接證據」，就像古生物學家只能靠化石來推斷恐龍的生態一樣，靠的都是歷史殘留下來的間接證據。也因此，並不像相對論、量子力學理論一樣已經受到絕大多數物理學家的認可，抱持著懷疑態度的人也不少，因為「沒錯，這個理論可以很漂亮的解釋『我們這個宇宙』所發生的種種事情，可是用的方法是要為此生出幾乎無限多個宇宙欸，這會不會太過大砲打小鳥了啊？」這種想法也不難理解啦。

所以當你在享受這本書的瘋狂內容時，請保持「這個理論真有趣，以後請給我更多的證據來證明它是對的吧！」的態度，這樣可以避免當你興高采烈的跟朋友分享這些有趣的內容，卻遭到「這些都是在唬爛」的白眼時，可能產生的心靈創傷喔！

文章試閱

前言

「多重宇宙」（multiverse）」，是相對於「universe（單一宇宙）」而誕生的一個科學術語。

儘管如此，「宇宙有很多個」這樣的想法，並不算是什麼新奇的觀點，也並非只存在於科學領域。若是不要考慮什麼形式，應該有不少人會說：「我早就這樣想過了啊。」

事實上，早在1946年於美國上映的電影《風雲人物》（Its a Wonderful Life）中，就已經描繪了與平行世界相關的多重宇宙觀。在很早以前，無論電影或漫畫等作品中，多重宇宙已算是常見的題材。

此外，即便統稱為「多重宇宙」，每個人心中的形象也可能千差萬別。對某些人而言的多重宇宙，對另一些人來說可能是完全不同的概念。

不過，多重宇宙在近年來之所以這樣備受矚目，並不是因為大家天馬行空地說著「可能有很多個宇宙喔∼」而且聲量愈來愈大，並沒有這麼簡單。

至少在科學的語境中所談論的多重宇宙，幾乎都建立在某個特定理論假設的基礎之上。

這個所謂的理論假設，是指1987年由美國物理學家史蒂文・溫伯格（Steven Weinberg）所提出的多重宇宙相關理論。對於當時科學界長久以來無法解釋的一個謎團——「宇宙為何如此完美地適合人類生存」，他主張，其實可以藉由一個假設來解開，也就是「除了我們所認識的這個宇宙之外，還存在著許多不同種類的宇宙」。

然而這樣的多重宇宙論，在當時被視為極度不合常理，因此幾乎不被科學界理會。

然而在1998年，隨著驚人的「某項觀測事實」被發現，原本的那套「常識」被推翻了。

而正是因為這樣看似意外的事件，溫伯格當年的理論才得以在多年後重新被挖掘出來。

當我們在新的「常識」基礎上認真檢驗這個理論時，便會發現過去被認為最為「異想天開」的部分，其實在原本廣為人知的理論框架中，並非那麼不合理。此外，也有其他理論顯示，只要打破「我們所處的宇宙就是全部宇宙」這種「定見」，便能合理地解釋溫伯格所提出的多重宇宙論。

隨著各種拼圖逐漸拼湊在一起時，有愈來愈多的科學家認為「多重宇宙」是必然的存在。當然，寫下這段文字的我，也是其中一人。

 

1929年，美國天文學家愛德溫・哈伯（Edwin Hubble）成功觀測到「幾乎所有的星系都在遠離地球，而且愈遠的星系移動得愈快」。

這意味著「宇宙正在膨脹」。

換句話說，這是一個將當時的常識：「宇宙是靜止不變的」，完全推翻的驚人發現。

然而，或許有一個人會對這個發現最感到驚訝。

他就是大名鼎鼎的阿爾伯特・愛因斯坦（Albert Einstein）。

因為那個發現，正是他在1916年完成的「廣義相對論」早就提出的「解答」。

即使如此，他並沒有大喊「太好了！」來表達興奮。

因為，這個「解答」在當時實在不合常理，連愛因斯坦自己都無法接受，甚至還特地對被譽為「物理學史上最美的理論之一」的廣義相對論進行了不必要的修正。

據說在得知哈伯的發現後，愛因斯坦曾表示：「試圖修正那套理論，是我人生中最大的錯誤。」這則軼聞是否屬實無從考證，但他深感後悔應該是無庸置疑的。
 
但是，這正是科學。（待續）