宇宙煢煢孑立？

彭舉云

始于大爆炸的宇宙膨脹是一個久經實證的物理現象。在過去的4 0 0年間，宇宙還經歷了另一種膨脹——智力膨脹。這一膨脹也以一次“大爆炸”開始——1 7世紀早期，天文學家伽利略·加利雷與約翰尼斯·開普勒等人，打破了人們之前認為的是水晶球支撐著天體使其按正確軌道運行的觀念，讓人們認識到，恒星及行星運行的天幕，要比之前認為的遠得多；也使我們認識到，夜空中的銀河實際是我們在地球上看到的龐大星系，太陽只不過是其中的普通一員。

曾有一段時間，銀河系被認為是整個宇宙。然而，隨著天文望遠鏡的型號愈大，望程愈遠，天文學家逐漸認識到，銀河系只是許多這類星系中的一個。今天，宇宙在我們眼中是這樣的：一個起源于138億年前的、由多個星系構成的時空。

我們了解了宇宙演化過程中的某些細節，但對宇宙的基礎構造是什么仍不清楚。一些物理學家認為，既然曾被認為是獨一無二的銀河系也只是一個普通存在，那宇宙可能并不是最終的邊界。他們的觀點是，宇宙是多元的。實際上，可能存在不止一種多元宇宙。這些論斷著實遠大，卻難于證實。如果這些論斷被證實，一些最難解決的生存問題將迎刃而解。

多元宇宙的主要倡導者之一是麻省理工學院的馬克斯·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，但這是一個好的開端。

宇宙中之宇宙

特格馬克的多元宇宙中最簡單的一種是對我們熟悉的宇宙的無限延伸。現在望遠鏡可以看到很遠，但光速的有限性以及宇宙年齡的有限性，均意味著望遠鏡只能窺探到一定范圍內的事物。假若宇宙是靜止的，宇宙的半徑就是138億光年。實際上，由于大爆炸后的膨脹，宇宙的半徑已經達到420億光年。

物質能在宇宙半徑之外延伸多遠，我們無從知曉。一些理論認為，物質可以無限延伸。如果這種理論被證實，那么物質可能會分布在所有允許物質存在的空間，甚至會數量無限。可能存在無窮多個地球，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，成為一個個孤立的宇宙，這也正是現代科學所理解的宇宙。

這或許聽起來令人詫異，但與特格馬克第二種類型的多元宇宙比起來則平淡無奇。第一種類型假定物理定律到處都一樣，但第二種類型認為不同宇宙的定律會不同。稍微修改物理定律就可能改變實體的本質，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，都假設物理定律在不同宇宙中都一樣。但在這一類型中，隨著時間流逝，構成多元宇宙的所有宇宙都在不停地相互分離。在這樣一個多元宇宙中，每一個時刻，所有量子力學的不確定性所允許的可能發生的事情都會在某處發生。這里的某處便構成了一個全新的宇宙。

特格馬克提出的最后一種多元宇宙的類型是所有相干數學體系共同描繪的某個類型的物理實體。現實中，這一類型的結構很難想象。相比物理學，這更像是形而上學。其他三種類型拓寬了物理理論的界限，但并沒有逾越原來的界限。如果第二種和第三種類型被證明真的存在，每個類型都可以為宇宙實體解決一個深奧的問題；如果可觀測的宇宙確實是一個容納萬物、終結萬物的單一宇宙，那么這個問題就很難解決。

第二種多元宇宙的支持者認為，所有的宇宙都起源于類似于大爆炸的活動，從而產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間內出現了極大膨脹。

膨脹的觀點是阿蘭·古斯在1979年提出的。在古斯博士發表這一觀點之后的幾年中，安德瑞·林德把它進一步延伸，指出宇宙誕生于他所稱的“膨脹場”。倘若這個場可以孕育人類能觀測到的宇宙，就沒有理由孕育不出其他的宇宙，也沒理由表明這樣孕育的宇宙應該有相同的物理定律。實際上，物理定律在各宇宙中不相同的理由倒是很充分。

這個理由在十幾年前由幾名物理學家提出，其中包括斯坦福大學的萊昂納多·瑟斯康德以及英國皇家天文學會的馬汀·里斯。他們說，弦論的方程式——對物質和能量的粒子及場的構成方式的深奧解讀——有很多可能的解，一些與可觀測的實體一致，而大多數則不然。瑟斯康德博士和里斯爵士表示，其他的解答正是對其他宇宙實體的描述。

這種觀點理論上著實可喜，因為它與一個難解的問題有關，即可觀測宇宙的條件為何能如此精準地符合人類的需求。只要稍微改變一些物理常量，例如電磁場強度常量，或者原子核作用力強度常量，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“精準符合”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，人類才賴以進化。但假若宇宙普遍存在，各宇宙的規律不同，那么“精準符合”難題以及對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，至少有一個宇宙適合智能生物生存呀，因為有數以百億計的宇宙并不適合。任何已有所進化的智能生物必然都會觀察到，它們賴以生存的宇宙的物理規律正恰如其分地支撐著它們的存在。

第二種多元宇宙給“精準符合”難題提供了一個答案，第三種多元宇宙同樣解決了20世紀的一個物理難題，即所謂的量子力學哥本哈根解釋。實際上，這兩種多元宇宙正是為此而提出的。

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

維爾納·海森堡于20世紀20年代在其著名的不確定性原理中表示，波函數蘊含著有關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。一些結果要比另一些結果可能性更大，但實際只觀察到一種結果。埃爾文·薛定諤與尼爾森·玻爾共同提出，對粒子的觀察限制了觀測的結果。用術語講就是，觀測這一行為本身使波函數坍塌為單一結果。

盡管量子行為是在研究單個基礎粒子和光時發現的，但其適用于所有物體，不論物體多大。薛定諤用一個有名的思想實驗展示了這一發現，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。放射性衰變是符合波函數的現象，這也使得貓受到量子力學的控制。在裝貓的盒子打開之前，貓的波函數處于生死不定的狀態，打開后波函數就塌陷到生或死一方。波爾和薛定諤當時在哥本哈根工作，所以這座城市因他們的發現而在物理學歷史上留名。

而20世紀50年代，美國的休·埃弗萊特對此提出了不同的解釋。他發現，宇宙本身是可以用一個波函數描述的。他推斷，實際上所有波函數允許發生的結果都會出現，而不是波函數的塌陷——不論是粒子、盒子里的貓，還是整個宇宙。其結果是，宇宙不斷地進行多重分裂，最后成為多個子宇宙，而每個子宇宙都有各自的實體（死了的貓，活著的貓），但任何觀測者（更準確地說，是同一觀察者在這些宇宙之一中的任何未來本體）都只能看到一種結果。從觀察者角度看，波函數看上去坍塌了，但實際并非這樣。

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，因為沒人能解釋清楚觀測本身的舉動如何導致波函數塌陷。但真解釋不清嗎？

這個問題對各種版本的多元宇宙理論來講都至關重要。倫敦帝國學院的史蒂夫·菲尼想知道第二種多元宇宙是否會像比鄰的肥皂泡一樣，相互對接，并會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生的宇宙微波背景下出現，盡管目前還沒有任何發現。

還有一個實驗能檢測實驗者對多元宇宙的信念，不過并不能證明第三種多元宇宙的存在。這個實驗又名為俄羅斯轉盤量子實驗，是薛定諤的貓實驗的另一個版本，只是用實驗者替代了不幸的貓。在一些未來中，他會死掉；另一些未來中，他還會活著。但從他的角度看，既然他只能意識到活著，那他將來意識到的也只是他活著的事實。有愿意賭一把的嗎？