宇宙|一个膨胀的泡泡，塑造出我们的宇宙？图片来源：PhilDegginger/S

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图片来源：PhilDegginger/ScienceSource
撰文|查理·伍德（CharlieWood）
翻译|董婉瑜
审校|吴非王昱
在我们的视线之外，世界是什么样的？这个问题似乎没有答案。一些宇宙学家的猜想是：我们的宇宙是一个膨胀的气泡，并且宇宙之外，还有更多的泡沫宇宙。它们都存在于一个永恒膨胀、充满能量的海洋中，这个海洋便是多重宇宙。
大家对这种说法的观点是两极分化的。一些物理学家接受多重宇宙这一说法，认为它可以解释为什么我们的宇宙与众不同（只有某些气泡可以容纳生命），而另一些人拒绝接受这一理论，由于它预测了所有可以想象的宇宙，因此根本无从检验。但有研究人员认为，他们只是暂时还没有能力推算出这一理论的精确结论。
现在，各个团队都在寻找新方法来推断宇宙是如何像气泡一样膨胀的，以及这些泡泡相互碰撞时会发生什么。
真空泡：宇宙起源？
“这注定是个漫长的过程。 ”多伦多大学的宇宙学家乔纳森·布雷登（JonathanBraden）说道。他参与了这项工作，但他表示，这个过程就是寻找证据， “来证明那些你觉得永远也无法证实的东西。 ”
多重宇宙假说是人们在研究宇宙如何诞生的时候提出的。在宇宙的宏观尺度上，理论物理学家发现了宇宙在诞生之初爆炸性增长的迹象。 20世纪80年代初，物理学家在研究宇宙如何开始或停止暴胀的时候，一幅令人不安的画面出现了。尽管我们的宇宙或其他宇宙可能已经停止暴胀了，但量子效应应该会让大部分空间持续膨胀，这被称为永恒暴胀理论。
气泡宇宙与周围环境的差异，归根结底体现在空间本身的能量上。当空间尽可能空旷，不可能损失更多能量时，就达到了物理学家所说的“真真空”状态。想象一个放在地板上的球，是不可能继续下落的。但系统也可以有“假真空”状态，设想一个球放在桌子上的碗中，球可以滚来滚去，同时又或多或少停留在原地。但若施加足够大的震动，可以让球掉落到地上——达到真真空状态。
在宇宙学中，宇宙同样会陷入假真空状态，由于随机的量子事件，微小的假真空会偶尔松弛成真真空，而这个真真空会像气球一样向外膨胀，吃掉假真空的剩余能量，这就是假真空的衰变。可能就是这个过程引发了大爆炸和宇宙的诞生。 “一个真空的泡泡可能是我们宇宙历史上的第一个事件。 ”伦敦大学学院的宇宙学家希拉尼亚·佩里斯（HiranyaPeiris）说道。

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这个理论认为，邻近宇宙气泡的碰撞改变了相应天区的温度，可能进而导致了微波背景辐射。（图片来源：QuantaMagazine）
但物理学家在预测真空泡的行为上花费了巨大的努力。一个真空泡会变成什么样，取决于无数个微小细节的整体影响。这些气泡变化飞快，壁面向外扩张飞行时达到光速，同时气泡也具有量子力学的随机性与波动性。对于这些过程的不同假设会得出自相矛盾的预测，无法判断到底哪个最接近真实情况。这就仿佛是“把许多物理学家都很难解决的问题揉成一团，然后说， ‘去吧，弄清楚是怎么回事。 ’”布雷登说。
模拟真空泡
其中一个团队最近从一个简单的模拟中诱导出了类似真空泡的行为。包括加州理工学院著名理论物理学家约翰·普雷斯基尔（JohnPreskill）在内的研究人员从这个问题最简单的版本入手，正如共同作者阿什利·米尔斯泰德（AshleyMilsted）所说的：一串约1000个数字箭头，可以朝上或朝下。一串几乎都向上的箭头与一串几乎都向下的箭头相遇的地方，就代表气泡外缘。通过翻转箭头，研究人员可以使气泡外壁移动或碰撞。在特定情况下，这个模型完美模拟了自然界中更复杂系统的行为。研究人员希望用它来模拟假真空衰变和气泡碰撞。
最初，这个简单的设定并没有按实际情况来表现。当气泡壁相互碰撞时，它们完美反弹，没有出现预期的复杂混响或粒子外流（表现为涟漪一样的箭头翻转）。但加入一些数学修饰之后，团队观察到碰撞的外壁喷出了高能粒子，碰撞越剧烈，喷出的粒子越多。
但去年12月呈现在预印本上的结果，预示着传统计算在在这个问题上遇到了死胡同。研究人员发现，当产生的粒子混杂在一起时，它们会“纠缠” ，共享量子态。每增加一个额外的粒子，它们状态的复杂程度就呈指数级增加，就算在最强大的超级计算机上做模拟，也会出现故障。