[论文解读] Multiverses and Cosmology: Philosophical Issues

W. R. Stoeger, George Ellis+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 16, 2004

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 34被引用 28

一句话总结

本文探讨了宇宙学中多重宇宙理论的哲学与物理基础，区分了所有可能的宇宙与实际实现的多重宇宙。文章认为，只有由物理过程生成、有限的集合——受分布函数与测度所支配——才能支持人择推理，但此类多重宇宙仍无法检验且具有形而上学问题，从而挑战了多重宇宙假说的科学地位。

ABSTRACT

The idea of a multiverse -- an ensemble of universes or universe domains -- has received increasing attention in cosmology, both as the outcome of the originating process that generated our own universe, and as an explanation for why our universe appears to be fine-tuned for life and consciousness. Here we carefully consider how multiverses should be defined, stressing the distinction between the collection of all possible universes, and ensembles of really existing universes, which are essential for an anthropic argument. We show that such realised multiverses are by no means unique, and in general require the existence of a well-defined and physically motivated distribution function on the space of all possible universes. Furthermore, a proper measure on these spaces is also needed, so that probabilities can be calculated. We then discuss several other major physical and philosophical problems which arise in the context of ensembles of universes, including the emergence and causal effectiveness of self-consciousness, realized infinities, and fine- tuning, or the apparent need for very special initial conditions for our universe -- whether they or generalized generic primordial conditions are more fundamental. Then we briefly summarise scenarios like chaotic inflation, which suggest how ensembles of universe domains may be generated, and point out that the regularities which must underlie any systematic description of truly disjoint multiverses must imply some kind of common generating mechanism. Finally, we discuss the issue of testability, which underlies the question of whether multiverse proposals are really scientific propositions.

研究动机与目标

• 澄清所有可能宇宙与实际实现的多重宇宙之间的区别，这对人择推理至关重要。
• 考察在可能宇宙空间中建立良好定义的分布函数与测度的必要性，以赋予概率。
• 评估多重宇宙提议的科学地位，特别是其可检验性，以及其是否可被视为科学而非形而上学。
• 探讨实际无穷大及其对初始条件与定律基本性质在多重宇宙宇宙学中的影响。
• 评估诸如混沌暴胀或弦理论景观等多重宇宙情景，是否能作为精细调谐的科学上有成效的替代方案。

提出的方法

• 区分所有可能宇宙的集合（$\mathcal{M}$）与由原始过程或宇宙原理生成的实际实现的多重宇宙。
• 在$\mathcal{M}$上引入分布函数，以定义实际实现的多重宇宙的统计特性。
• 在可能宇宙空间上应用测度，以计算人择条件的概率。
• 分析混沌暴胀和弦理论景观等情景，作为生成多重宇宙集合的物理机制。
• 通过评估其是否导致新的、可证伪的预测，来评估多重宇宙假说的可检验性。
• 探讨实际无穷大的哲学影响，认为只有有限集合才具有物理意义。

实验结果

研究问题

• RQ1 在宇宙学中，多重宇宙的正确定义是什么？它在可能宇宙与实际实现的宇宙之间有何不同？
• RQ2 如何在可能宇宙空间上建立良好定义的测度与分布函数，以实现概率推理？
• RQ3 为何可能与实际实现的多重宇宙之间的区别对人择论点至关重要？
• RQ4 多重宇宙假说是否具有科学可检验性，还是仅沦为形而上学推测？
• RQ5 实际无穷大对多重宇宙理论的物理与哲学一致性有何影响？

主要发现

• 实际实现的多重宇宙并非唯一；它必须通过物理或形而上学原则来选择，意味着其成员之间存在因果联系或‘法则之法则’。
• 存在多重宇宙本身不足以支持人择推理；只有具有良好定义的分布函数与测度的多重宇宙，才能支持对精细调谐的 probabilistic 解释。
• 人择宇宙仅占可能宇宙全空间的极小部分，表明精细调谐仍是实际集合的特征。
• 多重宇宙假说并未解决‘为何是这个特定多重宇宙而非另一个’的终极问题，从而导致因果性的无限倒退。
• 实际无穷大在多重宇宙中存在问题；本文认为只有有限集合才具有物理意义与一致性。
• 由于缺乏可检验的预测，多重宇宙提议的科学地位仍存疑，表明其目前更像形而上学而非科学假说。