彭舉云

始于大爆炸的宇宙膨脹是一個(gè)久經(jīng)實(shí)證的物理現(xiàn)象。在過(guò)去的4 0 0年間，宇宙還經(jīng)歷了另一種膨脹——智力膨脹。這一膨脹也以一次“大爆炸”開(kāi)始——1 7世紀(jì)早期，天文學(xué)家伽利略·加利雷與約翰尼斯·開(kāi)普勒等人，打破了人們之前認(rèn)為的是水晶球支撐著天體使其按正確軌道運(yùn)行的觀念，讓人們認(rèn)識(shí)到，恒星及行星運(yùn)行的天幕，要比之前認(rèn)為的遠(yuǎn)得多；也使我們認(rèn)識(shí)到，夜空中的銀河實(shí)際是我們?cè)诘厍蛏峡吹降凝嫶笮窍?，太?yáng)只不過(guò)是其中的普通一員。

曾有一段時(shí)間，銀河系被認(rèn)為是整個(gè)宇宙。然而，隨著天文望遠(yuǎn)鏡的型號(hào)愈大，望程愈遠(yuǎn)，天文學(xué)家逐漸認(rèn)識(shí)到，銀河系只是許多這類星系中的一個(gè)。今天，宇宙在我們眼中是這樣的：一個(gè)起源于138億年前的、由多個(gè)星系構(gòu)成的時(shí)空。

我們了解了宇宙演化過(guò)程中的某些細(xì)節(jié)，但對(duì)宇宙的基礎(chǔ)構(gòu)造是什么仍不清楚。一些物理學(xué)家認(rèn)為，既然曾被認(rèn)為是獨(dú)一無(wú)二的銀河系也只是一個(gè)普通存在，那宇宙可能并不是最終的邊界。他們的觀點(diǎn)是，宇宙是多元的。實(shí)際上，可能存在不止一種多元宇宙。這些論斷著實(shí)遠(yuǎn)大，卻難于證實(shí)。如果這些論斷被證實(shí)，一些最難解決的生存問(wèn)題將迎刃而解。

多元宇宙的主要倡導(dǎo)者之一是麻省理工學(xué)院的馬克斯·特格馬克。特格馬克博士提出了多元宇宙可能存在的四種類型，普通人最多只能理解其中的三類，但這是一個(gè)好的開(kāi)端。

宇宙中之宇宙

特格馬克的多元宇宙中最簡(jiǎn)單的一種是對(duì)我們熟悉的宇宙的無(wú)限延伸?，F(xiàn)在望遠(yuǎn)鏡可以看到很遠(yuǎn)，但光速的有限性以及宇宙年齡的有限性，均意味著望遠(yuǎn)鏡只能窺探到一定范圍內(nèi)的事物。假若宇宙是靜止的，宇宙的半徑就是138億光年。實(shí)際上，由于大爆炸后的膨脹，宇宙的半徑已經(jīng)達(dá)到420億光年。

物質(zhì)能在宇宙半徑之外延伸多遠(yuǎn)，我們無(wú)從知曉。一些理論認(rèn)為，物質(zhì)可以無(wú)限延伸。如果這種理論被證實(shí)，那么物質(zhì)可能會(huì)分布在所有允許物質(zhì)存在的空間，甚至?xí)?shù)量無(wú)限?？赡艽嬖跓o(wú)窮多個(gè)地球，上面都有讀者翻閱著這篇文章。這些地方可能受自己宇宙的半徑所限而被隔離開(kāi)，成為一個(gè)個(gè)孤立的宇宙，這也正是現(xiàn)代科學(xué)所理解的宇宙。

這或許聽(tīng)起來(lái)令人詫異，但與特格馬克第二種類型的多元宇宙比起來(lái)則平淡無(wú)奇。第一種類型假定物理定律到處都一樣，但第二種類型認(rèn)為不同宇宙的定律會(huì)不同。稍微修改物理定律就可能改變實(shí)體的本質(zhì)，所以這些宇宙相互之間各不相同。

特格馬克的多元宇宙中的第三類和第一類有相同之處，都假設(shè)物理定律在不同宇宙中都一樣。但在這一類型中，隨著時(shí)間流逝，構(gòu)成多元宇宙的所有宇宙都在不停地相互分離。在這樣一個(gè)多元宇宙中，每一個(gè)時(shí)刻，所有量子力學(xué)的不確定性所允許的可能發(fā)生的事情都會(huì)在某處發(fā)生。這里的某處便構(gòu)成了一個(gè)全新的宇宙。

特格馬克提出的最后一種多元宇宙的類型是所有相干數(shù)學(xué)體系共同描繪的某個(gè)類型的物理實(shí)體?，F(xiàn)實(shí)中，這一類型的結(jié)構(gòu)很難想象。相比物理學(xué)，這更像是形而上學(xué)。其他三種類型拓寬了物理理論的界限，但并沒(méi)有逾越原來(lái)的界限。如果第二種和第三種類型被證明真的存在，每個(gè)類型都可以為宇宙實(shí)體解決一個(gè)深?yuàn)W的問(wèn)題；如果可觀測(cè)的宇宙確實(shí)是一個(gè)容納萬(wàn)物、終結(jié)萬(wàn)物的單一宇宙，那么這個(gè)問(wèn)題就很難解決。

第二種多元宇宙的支持者認(rèn)為，所有的宇宙都起源于類似于大爆炸的活動(dòng)，從而產(chǎn)生了與人類所在宇宙相似的宇宙。大爆炸顯著的特征就是膨脹，宇宙誕生后在很短的時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)了極大膨脹。

膨脹的觀點(diǎn)是阿蘭·古斯在1979年提出的。在古斯博士發(fā)表這一觀點(diǎn)之后的幾年中，安德瑞·林德把它進(jìn)一步延伸，指出宇宙誕生于他所稱的“膨脹場(chǎng)”。倘若這個(gè)場(chǎng)可以孕育人類能觀測(cè)到的宇宙，就沒(méi)有理由孕育不出其他的宇宙，也沒(méi)理由表明這樣孕育的宇宙應(yīng)該有相同的物理定律。實(shí)際上，物理定律在各宇宙中不相同的理由倒是很充分。

這個(gè)理由在十幾年前由幾名物理學(xué)家提出，其中包括斯坦福大學(xué)的萊昂納多·瑟斯康德以及英國(guó)皇家天文學(xué)會(huì)的馬汀·里斯。他們說(shuō)，弦論的方程式——對(duì)物質(zhì)和能量的粒子及場(chǎng)的構(gòu)成方式的深?yuàn)W解讀——有很多可能的解，一些與可觀測(cè)的實(shí)體一致，而大多數(shù)則不然。瑟斯康德博士和里斯爵士表示，其他的解答正是對(duì)其他宇宙實(shí)體的描述。

這種觀點(diǎn)理論上著實(shí)可喜，因?yàn)樗c一個(gè)難解的問(wèn)題有關(guān)，即可觀測(cè)宇宙的條件為何能如此精準(zhǔn)地符合人類的需求。只要稍微改變一些物理常量，例如電磁場(chǎng)強(qiáng)度常量，或者原子核作用力強(qiáng)度常量，這樣的宇宙就不能維系人類或任何類似人類的生物的生存。

這個(gè)“精準(zhǔn)符合”的難題被一些受造物主啟迪的人解答了——是造物主將事物安排妥當(dāng)，人類才賴以進(jìn)化。但假若宇宙普遍存在，各宇宙的規(guī)律不同，那么“精準(zhǔn)符合”難題以及對(duì)人類友好的造物主也就煙消云散了。我們不用再心存僥幸地說(shuō)，至少有一個(gè)宇宙適合智能生物生存呀，因?yàn)橛袛?shù)以百億計(jì)的宇宙并不適合。任何已有所進(jìn)化的智能生物必然都會(huì)觀察到，它們賴以生存的宇宙的物理規(guī)律正恰如其分地支撐著它們的存在。

第二種多元宇宙給“精準(zhǔn)符合”難題提供了一個(gè)答案，第三種多元宇宙同樣解決了20世紀(jì)的一個(gè)物理難題，即所謂的量子力學(xué)哥本哈根解釋。實(shí)際上，這兩種多元宇宙正是為此而提出的。

1900年之前，物理學(xué)家總體上將宇宙物質(zhì)分為粒子和波。這種分法尤其適用于像光（波）以及原子（粒子）這類基礎(chǔ)物質(zhì)。但20世紀(jì)初期的幾十年，科學(xué)家觀測(cè)到光波具有粒子的行為，粒子有時(shí)也有光波的行為。波粒二象性成為量子力學(xué)的基礎(chǔ)，用數(shù)學(xué)公式表達(dá)就是波函數(shù)。

維爾納·海森堡于20世紀(jì)20年代在其著名的不確定性原理中表示，波函數(shù)蘊(yùn)含著有關(guān)確定所描述粒子的位置的可能性以及粒子下一步可能的行為。一些結(jié)果要比另一些結(jié)果可能性更大，但實(shí)際只觀察到一種結(jié)果。埃爾文·薛定諤與尼爾森·玻爾共同提出，對(duì)粒子的觀察限制了觀測(cè)的結(jié)果。用術(shù)語(yǔ)講就是，觀測(cè)這一行為本身使波函數(shù)坍塌為單一結(jié)果。

盡管量子行為是在研究單個(gè)基礎(chǔ)粒子和光時(shí)發(fā)現(xiàn)的，但其適用于所有物體，不論物體多大。薛定諤用一個(gè)有名的思想實(shí)驗(yàn)展示了這一發(fā)現(xiàn)，即把一只貓放入有致死裝置的盒子里，該裝置由放射性單原子衰變引動(dòng)。放射性衰變是符合波函數(shù)的現(xiàn)象，這也使得貓受到量子力學(xué)的控制。在裝貓的盒子打開(kāi)之前，貓的波函數(shù)處于生死不定的狀態(tài)，打開(kāi)后波函數(shù)就塌陷到生或死一方。波爾和薛定諤當(dāng)時(shí)在哥本哈根工作，所以這座城市因他們的發(fā)現(xiàn)而在物理學(xué)歷史上留名。

而20世紀(jì)50年代，美國(guó)的休·埃弗萊特對(duì)此提出了不同的解釋。他發(fā)現(xiàn)，宇宙本身是可以用一個(gè)波函數(shù)描述的。他推斷，實(shí)際上所有波函數(shù)允許發(fā)生的結(jié)果都會(huì)出現(xiàn)，而不是波函數(shù)的塌陷——不論是粒子、盒子里的貓，還是整個(gè)宇宙。其結(jié)果是，宇宙不斷地進(jìn)行多重分裂，最后成為多個(gè)子宇宙，而每個(gè)子宇宙都有各自的實(shí)體（死了的貓，活著的貓），但任何觀測(cè)者（更準(zhǔn)確地說(shuō)，是同一觀察者在這些宇宙之一中的任何未來(lái)本體）都只能看到一種結(jié)果。從觀察者角度看，波函數(shù)看上去坍塌了，但實(shí)際并非這樣。

賭一把？

理論上， 埃弗萊特的解釋要比哥本哈根解釋更令人滿意，因?yàn)闆](méi)人能解釋清楚觀測(cè)本身的舉動(dòng)如何導(dǎo)致波函數(shù)塌陷。但真解釋不清嗎？

這個(gè)問(wèn)題對(duì)各種版本的多元宇宙理論來(lái)講都至關(guān)重要。倫敦帝國(guó)學(xué)院的史蒂夫·菲尼想知道第二種多元宇宙是否會(huì)像比鄰的肥皂泡一樣，相互對(duì)接，并會(huì)在彼此的空間留下痕跡。他推斷，這些痕跡可能在大爆炸后瞬間產(chǎn)生的宇宙微波背景下出現(xiàn)，盡管目前還沒(méi)有任何發(fā)現(xiàn)。

還有一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)軝z測(cè)實(shí)驗(yàn)者對(duì)多元宇宙的信念，不過(guò)并不能證明第三種多元宇宙的存在。這個(gè)實(shí)驗(yàn)又名為俄羅斯轉(zhuǎn)盤量子實(shí)驗(yàn)，是薛定諤的貓實(shí)驗(yàn)的另一個(gè)版本，只是用實(shí)驗(yàn)者替代了不幸的貓。在一些未來(lái)中，他會(huì)死掉；另一些未來(lái)中，他還會(huì)活著。但從他的角度看，既然他只能意識(shí)到活著，那他將來(lái)意識(shí)到的也只是他活著的事實(shí)。有愿意賭一把的嗎？