多重宇宙歡迎您

阿爾伯特·愛因斯坦曾經說過：「我真正感興趣的是上帝在創造世界時是否有所選擇。」這是他特有的詩情畫意式的語言，他的意思是說，我們的宇宙是不是唯一可能的宇宙。

一提到上帝，人們很容易產生誤讀，因為愛因斯坦的問題並非神學問題。其實，愛因斯坦是想知道，根據物理定律是否必然能產生我們這個獨特的宇宙，裡面充滿了星系、恆星和行星；或者說，像汽車經銷商每年推出新車型一樣，物理定律是否會讓宇宙具有大量不同的特色？如果事情果真如此，那麼我們通過強大的望遠鏡和巨型粒子碰撞機所了解到的宏偉現實是不是某種隨機過程產生的結果？或者說宇宙這枚骰子在拋出時是不是選擇了某些可能的特色？或者說宇宙的現狀還有更深層次的解釋？

在愛因斯坦的那個時代，說我們的宇宙本不該如此這樣的話，對物理學家來說是莫名其妙的一件事，他們只會在完成一天的正經研究任務、很消停的時候，玩弄這樣的話題。可是，近來這個問題從物理學的邊緣地帶轉移到了主流；不僅如此，支持三大獨立發展觀的物理學家不只想像我們的宇宙本來會有不同的特性，他們還認為，除了我們的宇宙之外還有其他宇宙，大多由不同的粒子構成，受制於不同的力，形成一個令人瞠目結舌的大宇宙。

這個大宇宙被人們稱為多重宇宙，這是過去幾十年里物理學界出現的一個最為極化的概念，在學者中間激起熱烈的爭論。其中有些人認為這是我們理解宇宙的第二個階段，而其他人聲稱這純屬胡言亂語，是認識的扭曲，是理論家恣意想像的結果。

那麼到底怎樣？我們為什麼會在意？要想找到答案，首先就得討論宇宙大爆炸。

探尋這次爆炸本身

1 9 1 5年，愛因斯坦發表了他最重要的研究成果：廣義相對論。這是他整整十年辛勤探討引力問題的高潮。廣義相對論富於奇蹟般的數學美，為極其精準地解釋從行星運動到星光軌跡等宇宙間的一切提供所需的公式。

用了短短的幾年工夫，愛因斯坦通過其他數學分析得出結論，認為宇宙本身在膨脹，使得星系彼此分離。起先，他雖然強烈抗拒自己的理論所具有的這種令人吃驚的含義，但是1 9 2 9年，美國偉大的天文學家愛德溫· 哈勃對深空的觀測結果證實了這一點。不久之後，科學家推論，如果空間在膨脹，那麼回溯早先的宇宙就會越來越小，然後到了久遠過去的某個時刻，我們現在能夠看到的一切——構成每個行星、每個恆星、每個星系，甚至構成空間本身的所有成分——一定被壓縮成極其小的一個點，就是這個點的膨脹演化出了我們所認識的宇宙。

大爆炸理論誕生了。在這之後的幾十年里，這個理論勢不可擋，不斷得到觀測數據的支持。然而，科學家意識到，這個大爆炸理論有一個重大缺陷，它省略了這個爆炸本身。愛因斯坦的公式極其成功地描述了這個爆炸之後一瞬間如何演變出這個宇宙，但是把他的這些公式運用於這個宇宙最早那一瞬間的極端環境時卻產生了故障（就像計算器在運算1除以0時得到的錯誤信息那樣吧？），因此這個大爆炸無法讓人深刻地認識這個爆炸本身的動力。

產生火力的燃料

2 0世紀8 0年代，物理學家阿蘭· 古斯提出了宇宙大爆炸的一個增強版，叫作膨脹宇宙學，大有填補這個關鍵空白之勢。這個提議的核心部件是一種假設的宇宙燃料：如果集中在一個微小的區域，這種燃料會讓空間產生短暫且巨大的外推力——一次爆炸，而且是一次巨大的爆炸。事實上，數學計算表明，這次爆炸非常劇烈，就連量子領域裡的微小顫動都會產生極其巨大的伸展力，順利地穿越空間，就像過度拉伸的彈性纖維一樣，呈現出它的結構模式，產生一個溫度微弱變化的精確圖案，在整個夜空中展現微熱的點和微冷的點。2 0世紀9 0年代初，美國航空航天局的宇宙微波背景探索衛星首次探測到這些溫度變化，為項目組負責人約翰· 馬瑟爾和喬治·斯穆特贏得了諾貝爾獎。

數學分析引人注目，它也揭示出宇宙的膨脹會隨時補充其燃料，其效率非常高，燃料耗盡的情況幾乎不可能。這正是多重宇宙的入口。也就是說，大爆炸不可能是一種獨特事件。它的燃料不僅給爆炸提供動力產生我們這個膨脹的王國，也會為無數其他爆炸提供動力，而這些其他的爆炸個個都會產生自己獨立的膨脹宇宙。那麼，我們的宇宙就是多重宇宙這個宇宙泡泡浴中逐漸膨脹的一個泡沫。

這個前景非常引人矚目。這種觀點如果正確，那麼它將給宇宙一長串的重新評估提供一塊壓頂石。我們曾經以為我們的地球是一切的中心，後來認識到它只不過是圍繞太陽運轉的許多行星之一，然後我們又了解到我們的太陽處於銀河系的邊緣，另外還有數不清的恆星，然後又意識到宇宙中還有無數其他星系。現在膨脹宇宙學提出，我們這個擁有無數星系、恆星和行星的宇宙可能只是構成一個大宇宙的許多小宇宙之一。

然而，先行者安德烈· 林德與亞歷山大· 維蘭金2 0世紀8 0年代提出多重宇宙時，物理學界的同仁只是聳聳肩膀而已。那些其他的宇宙即使存在，也處於我們能夠觀察的範圍之外，所以我們只能接近我們這個宇宙。在當時來看，顯然它們不影響我們，我們也不影響它們，井水不犯河水；那麼，其他宇宙在科學方面能對致力解釋我們看到的世界發揮什麼作用？

由於抱著這樣一種心態，這方面的研究停滯了大約1 0年；然後，一項令人吃驚的天文學觀察暗示了這個問題的答案。

暗能量之謎

雖然說發現空間在膨脹具有革命性，但是關於膨脹有一個方面幾乎每個人都認為是想當然的。正如地球引力的作用會使上拋的球減速，每個星系對其他星系的拉力同樣會使空間的膨脹減速。

2 0世紀9 0年代，兩個天文學家團隊著手測量宇宙減速的速率。通過對遙遠星系多年的苦心觀測，兩個團隊收集到了空間膨脹速度如何隨時間變化的數據，完成數據分析之後，大家都大吃一驚：膨脹速度非但沒有降低，反而從7 0億年前就加快了，從此以後一直在增速。這就好似向空中投球，最先曾經減速，但是隨後更快地躥向空中。

全球的科學家都競相來解釋宇宙膨脹的加速問題。是什麼力使得每個星系都在越來越快地離開其他星系？在我們看來，最好的答案來自愛因斯坦的一個老觀點。我們都習慣於引力只干一件事：使物體相互吸引。但是，在愛因斯坦的廣義相對論里，引力還能幹別的事：它能夠使物體相互推斥。怎樣推斥？像月球、地球和太陽這樣的我們熟悉的物體，它們的引力當然是吸引。可是，愛因斯坦的公式表明如果空間里有其他什麼，不是一團一塊的物質，而是我們看不見的能量，有點兒像空間中均勻散布的隱形薄霧那樣，那麼這種能霧產生的引力就可能是推斥的。

這正是我們解釋那些現象所需的。一種充滿空間的隱形能霧（我們現在稱之為暗能量）產生的這種斥力使得星系之間相互推斥，使膨脹速度加快，而不是降低。

可是，這裡發生了一個故障。當天文學家推導出空間需要滲透多少暗能量才可解釋他們觀測到的宇宙加速時，他們發現有一個數字誰也無法解釋，甚至連近似於解釋也做不到——用相關的單位表示，這種暗能量密度極其微小：1.38×10-123。

與此同時，研究人員試圖運用物理定律計算暗能量，所得的結果很典型，超過了1 0 0個數量級。這也許是科學史上觀察與理論之間最大的錯配。

這就引起人們一定程度的深思。

物理學家長期以來一直相信，只要付出辛勤勞動，通過實驗和勤奮的計算，現實的基本結構沒有什麼細節得不到科學的解釋。當然，許多細節仍然缺乏解釋，比如電子和夸克這類粒子的質量總有一天會被科學家計算出來。

在解釋暗能量方面遭受的慘敗，使人們對這種自信產生了懷疑，促使有些物理學家尋求徹底不同的解釋方法，即（又一次）暗示多重宇宙的可能存在。

多重宇宙方案

這個新方法的科學根源可上溯到1 7世紀早期，當時偉大的天文學家約翰內斯· 開普勒著迷於理解一個不同的數字：太陽與地球之間1 4 8 8 0 0 0 0 0千米的距離。開普勒掙扎了好幾年，想解釋這個數字，但一直沒能做到，從我們現代的角度來看，理由顯而易見。我們現在知道，有許許多多行星在許許多多的不同距離圍繞著它們的恆星運行，展示了開普勒探索中面臨的悖論，物理定律不會把任何具體的距離當作特殊情況對待，而地球與太陽之間的距離之所以不同，是因為它產生了適合於生命存在的條件：我們要是更靠近太陽或更遠離太陽，隨之產生的極端溫度就不能讓生命在這裡落腳。所以，開普勒在徒勞無益地尋找地日距離的基本解釋，我們人類在這樣一個距離存在已經有了一個解釋。

在尋求解釋暗能量值時，也許我們犯了跟開普勒同樣的錯誤。我們的最佳宇宙理論——膨脹理論——自然產生了其他宇宙。那麼，也許有許多行星以許多不同距離圍繞自己的恆星運行，也許有許多宇宙包含許多不同量的暗能量。如果真是如此，要求物理定律解釋暗能量的某個值就跟試圖解釋某個具體的行星到宿主星的距離一樣誤入歧途。而正確的問題應當這樣問：我們人類為什麼發現自己生存於一個擁有如此這般暗能量的宇宙中，而不是其他任何一種情況呢？

這個問題我們能夠對付。在擁有更大量暗能量的宇宙里，只要物質試圖凝結成星系，暗能量的推斥力都會非常強大，可以使凝團爆炸，從而阻撓星系的形成。在暗能量值小得多的宇宙里，這種推斥力變成一種吸引力，使得那些宇宙迅速坍縮，因而不能形成星系。如果沒有了星系，也就沒有了恆星、行星，我們這樣的生命形式也因此不可能存在於那些宇宙之中。

所以，我們發現自己生存於這個宇宙而不是另外一個宇宙，原因很簡單，就像我們發現自己生存於地球上而不是海王星上，因為這裡的條件正好符合我們這種生命形式。

即便我們觀測不到其他宇宙，它們的存在還是在發揮科學的功能：多重宇宙為解開暗能量之謎提供了答案，使我們觀測到的數量得以理解。或者說，倡導多重宇宙說的人這樣認為。

很多人覺得這種解釋不能令人滿意、愚蠢，甚至讓人反感，他們認為科學就是要給出確定精確的量的解釋，而非「正是如此」之類的故事。

但從根本上說，相比之下，如果你正竭力解釋的這個特點在現實景觀里能夠擁有而且具有大量不同數值的話，那麼為每一個值尋找一個確定的解釋就是執迷不悟。在眾行星圍繞各自恆星運行的情況下，要想預測行星與其宿主恆星的確定距離是根本行不通的，因為有許多可能的距離；如果我們屬於一個多重宇宙的一部分，要想預測暗能量的確切值同樣行不通，因為可能有許多的可能值。

這種多重宇宙並不改變科學方法或降低解釋標準。但是，它的確要求我們重新審視自己是否錯誤地提出了錯誤的問題。

懸於弦

當然，要想使這種方法獲得成功，我們必須確保多重宇宙暗能量的許多不同值當中就有我們測得的那一個。就在這個節骨眼上，出現了第三條研究路線：弦理論。

弦理論試圖實現愛因斯坦的夢想，即找到一個能夠將所有質量和力縫合到一片數學織錦上去的「統一理論」。該理論最初形成於2 0世紀6 0年代晚期，設想每個基本粒子的最裡層是一種微小的、顫動的、似弦的能絲。就像小提琴的琴弦那樣，不同的顫動模式得到不同的音符，這些微小的弦產生的不同振動模式會產生不同種類的粒子。

這個話題的先驅曾經預期，弦理論嚴謹的數學建築很快會得出一套明確的可檢驗的預測。但是數年已過，仔細分析該理論的公式，你會發現解決方案眾多，各自代表一個不同的可能宇宙，而且「眾多」意味著很多很多。今天，可能宇宙的計數已經達到幾乎無法理解的1 05 0 0個，這個數字太大，無法類推。有些對弦理論的倡導者來說，未能得出像我們這樣的一個獨特宇宙的這種慘敗，真可謂是致命的一擊。但是，對推行多重宇宙理論的人來說，弦理論可能宇宙的巨大多樣性至關重要。

只有鞋店存貨充足，你才能保證找到你自己的號；所以，只有儲備豐富的多重宇宙才能保證我們這個具有獨特暗能量的宇宙入圍。膨脹宇宙學只靠自己是達不到目的的。雖然說它那一長串沒有盡頭的大爆炸會產生巨量的宇宙，許多會有類似的特點，就像鞋店一樣，這個號一大堆，那個號也一大堆，但就是沒有你要找的那個號。

然而，如果將膨脹宇宙學與弦理論結合起來，宇宙的儲藏室就盛不下了：在膨脹宇宙學那裡，弦理論極其多樣的可能宇宙成為現實宇宙，一個大爆炸接著一個大爆炸，隨即誕生這些宇宙，我們的宇宙也保證就在其中，且因為有了我們這種生命形式所需的特點，就成為我們居住的宇宙。

高風險的科學

許多年前，卡爾· 薩根曾強調，非同尋常的觀點需要非同尋常的證據。那我們能夠收集到支持一種理論而又引發其他宇宙的證據嗎？因為其他宇宙會超出我們觀察的範圍，如果把多重宇宙置於科學範疇之外，那麼似乎答案是否定的。但是不要這麼心急。即使支持一種觀點的證據的某些重要特徵無法觀測得到，這樣的證據仍然能夠收集到。

比如說黑洞。即使什麼也逃不出黑洞的內部，就連光也不例外，使得這些區域無法觀測，但是科學家一般在使用廣義相對論討論黑洞內部會發生什麼時都很有信心，其理由是：一種理論，如果它能對我們觀察到的事物進行大量準確的預測，比如廣義相對論，我們自然會產生信心，認為它也能預測我們觀測不到的事物。

同樣，如果產生多重宇宙的理論能對我們觀察到的事物一再做出正確的預測，從而得到我們的信任，那麼我們對它預測我們不能到達的其他宇宙的信心自然也會增強。

截至今天，我們遠遠沒有跨過這個門檻。膨脹宇宙學準確預測了微波背景輻射，暗能量準確解釋了膨脹的加速。但是，弦理論仍然屬於假說，主要是因為其基本的區別性特徵即使利用今天最強大的加速器也難以探測得到，它只有在我們能夠探測的數十億分之一規模時才能顯現。

多重宇宙更直接的證據可能來自我們目前正處於膨脹的宇宙及其鄰居的潛在碰撞。宇宙中發生的這種輕微事故會在微波背景輻射中產生另外一種溫度變化圖案，這隻有將來的尖端望遠鏡才能探測得到。許多人認為這是找到支持多重宇宙證據的最有希望的可能。

檢測多重宇宙理論有的是辦法，當然都是遠程的，這反映了最初認真的數學分析。然而，因為這個理論毫無疑問是嘗試性的，所以我們必須抱著一種健康的懷疑態度，明智而審慎地啟用其解釋性框架。

試想：當蘋果掉落到牛頓的頭上，這並沒有激勵他去開發引力定律，而是推斷有些蘋果掉落下來，其他的蘋果飛了上去，就因為那些蘋果早就飛往外層空間，我們只看到下落的那一種。這個例子有點滑稽，但是有一點是嚴肅的：如果不加選擇地利用多重宇宙理論，科學家會藉此放棄對更深層次的解釋的追尋。另一方面，如果不考慮多重宇宙，科學家就會像上了跑步機那樣，拚命地追尋無法回答的問題的答案。

這也就是說，研究多重宇宙理論絕對屬於高風險科學。有眾多的推導可能削弱思考它的動機，比如說，科學家最後計算出正確的暗能量值，證實一種只得出單一宇宙的膨脹宇宙學理論，或者發現弦理論不再支持眾多可能宇宙的存在，如此等等。

但是就像所有理性的賭注一樣，高風險也有可能帶來高回報。在過去的5 0 0年里，我們運用觀測和數學計算使眾多的誤會煙消雲散，從最初的一個古怪的、以地球為中心的小宇宙觀發展到一個承載著數十億星系的宇宙觀，這個研究旅程很富刺激性，也令人感到自身的渺小，我們不得不放棄以自我為中心的神聖信仰。雖然我們在宇宙中的地位被貶低，但是我們展示了人類的智能，超越了普通經驗的藩籬，揭示了非凡的真理。多重宇宙的提議也可能是不正確的，但是，這也許是這次旅程的第二步，它會向我們揭示一個大宇宙中那些小宇宙激動人心的全貌。對包括我在內的有些科學家來說，有這樣的可能性就意味著我們的冒險完全值得。