在我們視線(xiàn)之外，世界是什么樣的？這個(gè)問(wèn)題似乎沒(méi)有答案。一些科學(xué)家的猜想是：我們的宇宙是一個(gè)膨脹的氣泡，并且宇宙之外，還有更多的泡沫宇宙。它們都存在于一個(gè)永恒膨脹、充滿(mǎn)能量的海洋中，這個(gè)海洋便是多重宇宙。

 一些物理學(xué)家接受多重宇宙這一說(shuō)法，認為它可以解釋為什么我們的宇宙與眾不同，而另一些人拒絕接受這一理論，因為它僅僅預測了可以想象的宇宙，根本無(wú)從檢驗。

現在，各個(gè)團隊都在尋找新方法來(lái)推斷宇宙是如何像氣泡一樣膨脹的，以及這些泡泡相互碰撞時(shí)會(huì )發(fā)生什么。

隨機量子事件或導致了宇宙誕生

20世紀80年代初，物理學(xué)家在研究宇宙如何開(kāi)始或停止暴脹的時(shí)候發(fā)現，盡管我們的宇宙或其他宇宙可能已經(jīng)停止暴脹了，但量子效應應該會(huì )讓大部分空間持續膨脹，這被稱(chēng)為永恒暴脹理論。

氣泡宇宙與周?chē)h(huán)境的差異，歸根結底體現在空間本身的能量上。當空間盡可能空曠，不可能損失更多能量時(shí)，就達到了物理學(xué)家所說(shuō)的“真真空”狀態(tài)。想象一個(gè)放在地板上的球，是不可能繼續下落的。但系統也可以有“假真空”狀態(tài)，設想一個(gè)球放在桌子上的碗中，球可以滾來(lái)滾去，同時(shí)又或多或少停留在原地。但若施加足夠大的震動(dòng)，可以讓球掉落到地上——達到真真空狀態(tài)。

在宇宙學(xué)中，宇宙同樣會(huì )陷入假真空狀態(tài)，由于隨機的量子事件，微小的假真空會(huì )偶爾松弛成真真空，而這個(gè)真真空會(huì )像氣球一樣向外膨脹，吃掉假真空的剩余能量，這就是假真空的衰變，宇宙或許由此誕生。“一個(gè)真空的泡泡可能是我們宇宙歷史上的第一個(gè)事件。”倫敦大學(xué)學(xué)院的宇宙學(xué)家希拉尼亞·佩里斯說(shuō)道。

但物理學(xué)家在預測真空泡的行為上花費了巨大的努力。一個(gè)真空泡會(huì )變成什么樣，取決于無(wú)數個(gè)微小細節的整體影響。這些氣泡變化飛快，壁面向外擴張飛行時(shí)達到光速，同時(shí)氣泡也具有量子力學(xué)的隨機性與波動(dòng)性。對于這些過(guò)程的不同假設會(huì )得出自相矛盾的預測，無(wú)法判斷到底哪個(gè)最接近真實(shí)情況。

模擬真空泡實(shí)驗輸給了量子糾纏

包括美國加州理工學(xué)院著(zhù)名理論物理學(xué)家約翰·普雷斯基爾在內的研究團隊最近從簡(jiǎn)單的模擬中誘導出了類(lèi)似真空泡的行為，共同參與研究的阿什利·米爾斯泰德解釋說(shuō)：設置一串約1000個(gè)箭頭，可以朝上或朝下。一串幾乎都向上的箭頭與一串幾乎都向下的箭頭相遇的地方，就代表氣泡外緣。通過(guò)翻轉箭頭，研究人員可以使氣泡外壁移動(dòng)或碰撞。在特定情況下，這個(gè)模型完美模擬了自然界中更復雜系統的行為。研究人員希望用它來(lái)模擬假真空衰變和氣泡碰撞。

最初，這個(gè)簡(jiǎn)單的設定并沒(méi)有按實(shí)際情況來(lái)表現。當氣泡壁相互碰撞時(shí)，它們完美反彈，沒(méi)有出現預期的復雜混響或粒子外流（表現為漣漪一樣的箭頭翻轉）。但隨著(zhù)研究深入，團隊觀(guān)察到碰撞的外壁噴出了高能粒子，碰撞越劇烈，噴出的粒子越多。

然而，研究人員發(fā)現，當產(chǎn)生的粒子混雜在一起時(shí)，它們會(huì )糾纏，共享量子態(tài)。每增加一個(gè)額外的粒子，它們狀態(tài)的復雜程度就呈指數級增加。

研究人員表示，因為量子計算機本身就是靠量子糾纏來(lái)完成計算，所以只有等到成熟的量子計算機出現，關(guān)于氣泡行為的研究才可能實(shí)現突破。

量子計算或者吹一個(gè)量子泡泡

英國杜倫大學(xué)的物理學(xué)家邁克爾·斯潘諾夫斯基和史蒂文·阿貝爾認為，使用一種和真空狀態(tài)遵循相同量子規律的設備，就可以繞過(guò)棘手的計算過(guò)程，“這就從理論預測變成了做實(shí)驗”。

這種設備被稱(chēng)為量子退火機，是一種受限的量子計算機，它通過(guò)尋找量子比特的最低能態(tài)，專(zhuān)門(mén)用于解決算法優(yōu)化問(wèn)題。這個(gè)過(guò)程與假真空衰變相差無(wú)幾。

阿貝爾和斯潘諾夫斯基利用商用量子退火機D-Wave，對一串200個(gè)量子比特進(jìn)行編程，來(lái)模擬一個(gè)高能態(tài)或低能態(tài)的量子場(chǎng)，類(lèi)似于假真空和真真空。然后他們觀(guān)察前者如何衰變成后者，最后導致真空泡的誕生。

這項實(shí)驗只是驗證了已知的量子效應，并沒(méi)有取得關(guān)于真空衰變的新發(fā)現。但研究人員希望最終能利用D-Wave超越當前的理論預測。

還有一種方法是干脆直接吹泡泡。

接近光速膨脹的量子泡泡沒(méi)那么容易得到，但在2014年，澳大利亞和新西蘭的物理學(xué)家提出了一種能在實(shí)驗室制作這種泡泡的方法，即利用物質(zhì)的一種奇特狀態(tài)——玻色-愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)（BEC）。一團稀薄的氣體冷卻到接近絕對零度時(shí)便可以凝聚成BEC，其具有不尋常的量子力學(xué)特性，包括能與另一個(gè)BEC干涉（類(lèi)似兩束激光的干涉）。該團隊預測，如果兩個(gè)凝聚態(tài)干涉的方式恰到好處，那么實(shí)驗人員應該能捕捉凝聚態(tài)中生成氣泡的直接圖像，這些氣泡與多重宇宙中假設的氣泡相似。

佩里斯帶領(lǐng)著(zhù)一個(gè)物理學(xué)家團隊，研究如何穩定凝聚態(tài)混合物，以防止不相關(guān)效應導致的崩塌。經(jīng)過(guò)多年努力，她和同事們終于做好了建立原型實(shí)驗的準備，他們希望未來(lái)幾年內能吹出冷凝態(tài)氣泡。

如果實(shí)驗順利，他們就可以解答兩個(gè)問(wèn)題：氣泡形成的速度，以及一個(gè)氣泡的膨脹如何改變附近另一個(gè)氣泡膨脹的概率。

這些信息將幫助宇宙學(xué)家計算出，來(lái)自附近氣泡宇宙很久以前的撞擊，如何導致我們這個(gè)宇宙的顫抖。這種碰撞留下的疤痕，可能是宇宙中一個(gè)圓形的冷斑。而其他的細節，比如碰撞是否會(huì )產(chǎn)生引力波，還要取決于未知氣泡的具體情況。