超前的中世紀宇宙模型

白瓦

現(xiàn)代最為驚世駭俗的一種科學(xué)觀點是什么呢？就是說宇宙有許多個，我們所處的宇宙只是其中的一個。

這種理論是不是瘋子的胡言亂語呢？不是，許多科學(xué)家認為多元宇宙很可能就是事實。在我們的宇宙之外，還有其它的宇宙，而且它們的模樣很有可能與我們的完全不一樣，甚至物理定律都不一樣。

多元宇宙理論是上世紀50年代提出來的觀點，最近幾年才熱火起來。但有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，早在中世紀，有人提出的宇宙模型，就竟然蘊含著多元宇宙思想。

這位古代人也太厲害了吧，他是誰呢？

哲學(xué)家的驚人理論

說他厲害，這真不是瞎吹，因為提出這個宇宙模型的古代人不是天文學(xué)家，而是一位中世紀的哲學(xué)家、神學(xué)家和政治家。他叫羅伯特·格羅斯泰斯特，是一位生活在13世紀的英國人。

格羅斯泰斯特在1225年左右完成了一本名為《光論》的著作。在書中，他詳細論述了自己所提出的一個宇宙學(xué)模型。這個宇宙學(xué)模型認為，宇宙開始于一場光的爆炸，它把一切從一個微小的點瞬間擴散到四面八方，直到宇宙最遠的邊際。

他還認為光和物質(zhì)存在耦合作用，所以大爆炸的同時，通過這種作用也創(chuàng)造出了各種三維物體。不過這種擴散不會持續(xù)下去。那時候的學(xué)者認為真空是不可能存在的，空間內(nèi)必須有一個最低密度，所以當(dāng)光和物質(zhì)達到最低密度時，這種擴散就會停止。此時的光和物質(zhì)如同“凝結(jié)”一樣逐漸穩(wěn)定下來，其狀態(tài)不會再有任何變化。這種狀況發(fā)生在宇宙的外緣，因為那里的密度是宇宙中最低的。于是在宇宙的外緣，光和物質(zhì)形成第一層宇宙球殼。

這個第一層球殼會產(chǎn)生一種向宇宙內(nèi)部輻射的光，稱為流明。流明會通過輻射作用把物質(zhì)向宇宙中心推動，推動過后的地方物質(zhì)密度會變得較低，于是形成新的一層宇宙球殼。然后，同樣地，新形成的宇宙球殼也會輻射出自己的流明，并繼續(xù)向宇宙中心推動其他物質(zhì)。這個過程會反反復(fù)復(fù)，最終形成九層嵌套在一起的球殼，每一個球殼產(chǎn)生了相應(yīng)的恒星。這個過程最終的結(jié)果是，宇宙最中心剩下的是所有流明推動到一起的一個物質(zhì)球核，那就是地球。

當(dāng)然，格羅斯泰斯特的宇宙模型與現(xiàn)代宇宙學(xué)理論比起來，還是有很多問題的。例如，我們現(xiàn)在知道，宇宙并不是以地球為中心的。但令現(xiàn)代學(xué)者佩服不已的是，格羅斯泰斯特的宇宙模型與現(xiàn)代宇宙大爆炸理論很相似。有些人甚至聲稱，格羅斯泰斯特才是第一個提出宇宙大爆炸理論的人。

不過，格羅斯泰斯特的宇宙模型與現(xiàn)代科學(xué)理論比起來，缺少了一樣重要的東西，那就是數(shù)學(xué)。數(shù)學(xué)是科學(xué)家們理解這個世界最強大最嚴謹?shù)墓ぞ?，并且根?jù)由數(shù)學(xué)構(gòu)建起來的科學(xué)理論所做的一些推論，是可以拿來進行驗證的，而不只是一套美麗的無法驗證的空想。

所以一個有趣的問題就是，如果使用現(xiàn)代的數(shù)學(xué)工具去描述格羅斯泰斯特的宇宙模型，那將會怎樣？

現(xiàn)代數(shù)學(xué)模擬古老模型

最近，來自英國杜倫大學(xué)的一個研究小組就把現(xiàn)代宇宙學(xué)和數(shù)學(xué)與這個中世紀的哲學(xué)理論結(jié)合了起來，結(jié)果發(fā)現(xiàn)格羅斯泰斯特所描述的宇宙的數(shù)學(xué)模型，與現(xiàn)代的宇宙學(xué)理論有著驚人的相似之處。

研究人員首先假定這個宇宙是球形的，而且隨著宇宙半徑的增加物質(zhì)會變得更稀。同時，研究人員假定宇宙中物質(zhì)密度的分布情況遵循冪律分布（也就是說少數(shù)地方具有極高的密度，而大部分地方密度很低），并設(shè)定物質(zhì)和流明之間的耦合強度是一個常量，于是得到物質(zhì)和流明相互作用的一組方程。

另外，他們根據(jù)格羅斯泰斯特的描述，給這些方程設(shè)定了其邊界條件。最后，他們把這些方程和邊界條件輸入電腦里，讓電腦計算出它們是如何隨著時間進行演變的。換句話說，他們用計算機模擬了格羅斯泰斯特所描述的宇宙是如何爆炸和演化的。

計算結(jié)果令人興奮——計算結(jié)果表明，宇宙最終的結(jié)構(gòu)對初始條件十分敏感。例如，物質(zhì)和流明之間的耦合強度略微不同的話，宇宙最終的結(jié)構(gòu)就會有很大的不同。初始條件的不同，最終會得到很多不同的宇宙。

另外這里還存在著一個嚴重的問題，所得的結(jié)果只有很小的一部分符合格羅斯泰斯所描述的具有九層宇宙球殼的宇宙?？梢哉f，要最終形成九層宇宙球殼的宇宙，那絕對是個罕見事件。那么這意味著什么呢？

存在無數(shù)個宇宙

初始條件的不同會制造出無數(shù)個不同的宇宙，這個情況在現(xiàn)代宇宙學(xué)中也存在。也就是說，如果我們的宇宙初始條件有一點點的變化，例如電磁力作用常數(shù)變得略微小一點，那么最終所形成的宇宙與我們現(xiàn)在所看到的就完全不一樣了。

當(dāng)前解決這個問題最普遍的做法就是用多元宇宙的觀點來解釋。多元宇宙的觀點認為，各種不同的宇宙，都是有可能存在的。我們只是生活在其中的一種宇宙之中，因為這個宇宙恰好產(chǎn)生了我們。如果我們的宇宙不是這樣，也許就沒有我們了。

與現(xiàn)在的宇宙學(xué)理論一樣，因為對初始條件十分敏感，所以說格羅斯泰斯特的宇宙模型也會產(chǎn)生多元宇宙，只有特定的初始條件才能產(chǎn)生九層宇宙球殼的宇宙。很顯然，當(dāng)初格羅斯泰斯特也根本沒有意識到自己的宇宙模型會產(chǎn)生多元宇宙。這個多元宇宙的事實，僅從《光論》本身的文字中是了解不到的，只有借助于數(shù)學(xué)工具我們才能發(fā)現(xiàn)。

一個中世紀的宇宙模型，竟然與現(xiàn)代的宇宙學(xué)理論有著共通之處，這的確是一個令人驚嘆的事實。而且，也暗示了多元宇宙存在的普遍性。盡管從13世紀到現(xiàn)在，在宇宙學(xué)方面，科學(xué)家取得了很多進展，但是我們?nèi)匀挥泻荛L的路要走。