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

 一些物理學(xué)家接受多重宇宙這一說法，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(yù)測了可以想象的宇宙，根本無從檢驗。

現(xiàn)在，各個團隊都在尋找新方法來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會發(fā)生什么。

隨機量子事件或?qū)е铝擞钪嬲Q生

20世紀80年代初，物理學(xué)家在研究宇宙如何開始或停止暴脹的時候發(fā)現(xiàn)，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(yīng)應(yīng)該會讓大部分空間持續(xù)膨脹，這被稱為永恒暴脹理論。

氣泡宇宙與周圍環(huán)境的差異，歸根結(jié)底體現(xiàn)在空間本身的能量上。當(dāng)空間盡可能空曠，不可能損失更多能量時，就達到了物理學(xué)家所說的“真真空”狀態(tài)。想象一個放在地板上的球，是不可能繼續(xù)下落的。但系統(tǒng)也可以有“假真空”狀態(tài)，設(shè)想一個球放在桌子上的碗中，球可以滾來滾去，同時又或多或少停留在原地。但若施加足夠大的震動，可以讓球掉落到地上——達到真真空狀態(tài)。

在宇宙學(xué)中，宇宙同樣會陷入假真空狀態(tài)，由于隨機的量子事件，微小的假真空會偶爾松弛成真真空，而這個真真空會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。“一個真空的泡泡可能是我們宇宙歷史上的第一個事件。”倫敦大學(xué)學(xué)院的宇宙學(xué)家希拉尼亞·佩里斯說道。

但物理學(xué)家在預(yù)測真空泡的行為上花費了巨大的努力。一個真空泡會變成什么樣，取決于無數(shù)個微小細節(jié)的整體影響。這些氣泡變化飛快，壁面向外擴張飛行時達到光速，同時氣泡也具有量子力學(xué)的隨機性與波動性。對于這些過程的不同假設(shè)會得出自相矛盾的預(yù)測，無法判斷到底哪個最接近真實情況。

模擬真空泡實驗輸給了量子糾纏

包括美國加州理工學(xué)院著名理論物理學(xué)家約翰·普雷斯基爾在內(nèi)的研究團隊最近從簡單的模擬中誘導(dǎo)出了類似真空泡的行為，共同參與研究的阿什利·米爾斯泰德解釋說：設(shè)置一串約1000個箭頭，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。通過翻轉(zhuǎn)箭頭，研究人員可以使氣泡外壁移動或碰撞。在特定情況下，這個模型完美模擬了自然界中更復(fù)雜系統(tǒng)的行為。研究人員希望用它來模擬假真空衰變和氣泡碰撞。

最初，這個簡單的設(shè)定并沒有按實際情況來表現(xiàn)。當(dāng)氣泡壁相互碰撞時，它們完美反彈，沒有出現(xiàn)預(yù)期的復(fù)雜混響或粒子外流（表現(xiàn)為漣漪一樣的箭頭翻轉(zhuǎn)）。但隨著研究深入，團隊觀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(xiàn)，當(dāng)產(chǎn)生的粒子混雜在一起時，它們會糾纏，共享量子態(tài)。每增加一個額外的粒子，它們狀態(tài)的復(fù)雜程度就呈指數(shù)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完成計算，所以只有等到成熟的量子計算機出現(xiàn)，關(guān)于氣泡行為的研究才可能實現(xiàn)突破。

量子計算或者吹一個量子泡泡

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(guī)律的設(shè)備，就可以繞過棘手的計算過程，“這就從理論預(yù)測變成了做實驗”。

這種設(shè)備被稱為量子退火機，是一種受限的量子計算機，它通過尋找量子比特的最低能態(tài)，專門用于解決算法優(yōu)化問題。這個過程與假真空衰變相差無幾。

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個量子比特進行編程，來模擬一個高能態(tài)或低能態(tài)的量子場，類似于假真空和真真空。然后他們觀察前者如何衰變成后者，最后導(dǎo)致真空泡的誕生。

這項實驗只是驗證了已知的量子效應(yīng)，并沒有取得關(guān)于真空衰變的新發(fā)現(xiàn)。但研究人員希望最終能利用D-Wave超越當(dāng)前的理論預(yù)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BEC干涉（類似兩束激光的干涉）。該團隊預(yù)測，如果兩個凝聚態(tài)干涉的方式恰到好處，那么實驗人員應(yīng)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(shè)的氣泡相似。

佩里斯帶領(lǐng)著一個物理學(xué)家團隊，研究如何穩(wěn)定凝聚態(tài)混合物，以防止不相關(guān)效應(yīng)導(dǎo)致的崩塌。經(jīng)過多年努力，她和同事們終于做好了建立原型實驗的準備，他們希望未來幾年內(nèi)能吹出冷凝態(tài)氣泡。

如果實驗順利，他們就可以解答兩個問題：氣泡形成的速度，以及一個氣泡的膨脹如何改變附近另一個氣泡膨脹的概率。

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