宇宙煢煢孑立？

彭舉云

始于大爆炸的宇宙膨脹是一個久經(jīng)實證的物理現(xiàn)象。在過去的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行的觀念，讓人們認(rèn)識到，恒星及行星運行的天幕，要比之前認(rèn)為的遠(yuǎn)得多；也使我們認(rèn)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(rèn)為是整個宇宙。然而，隨著天文望遠(yuǎn)鏡的型號愈大，望程愈遠(yuǎn)，天文學(xué)家逐漸認(rèn)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(gòu)成的時空。

我們了解了宇宙演化過程中的某些細(xì)節(jié)，但對宇宙的基礎(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(yuǎn)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(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(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)，我們無從知曉。一些理論認(rèn)為，物質(zhì)可以無限延伸。如果這種理論被證實，那么物質(zhì)可能會分布在所有允許物質(zhì)存在的空間，甚至?xí)?shù)量無限?？赡艽嬖跓o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(xiàn)代科學(xué)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(rèn)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(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。在這樣一個多元宇宙中，每一個時刻，所有量子力學(xué)的不確定性所允許的可能發(fā)生的事情都會在某處發(fā)生。這里的某處便構(gòu)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(shù)學(xué)體系共同描繪的某個類型的物理實體?，F(xiàn)實中，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(jié)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(rèn)為，所有的宇宙都起源于類似于大爆炸的活動，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間內(nèi)出現(xiàn)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(fā)表這一觀點之后的幾年中，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”。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(yīng)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(xué)家提出，其中包括斯坦福大學(xué)的萊昂納多·瑟斯康德以及英國皇家天文學(xué)會的馬汀·里斯。他們說，弦論的方程式——對物質(zhì)和能量的粒子及場的構(gòu)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(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(guān)，即可觀測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“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(shù)以百億計的宇宙并不適合。任何已有所進(jìn)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(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”難題提供了一個答案，第三種多元宇宙同樣解決了20世紀(jì)的一個物理難題，即所謂的量子力學(xué)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(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(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，對粒子的觀察限制了觀測的結(jié)果。用術(shù)語講就是，觀測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基礎(chǔ)粒子和光時發(fā)現(xiàn)的，但其適用于所有物體，不論物體多大。薛定諤用一個有名的思想實驗展示了這一發(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。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。在裝貓的盒子打開之前，貓的波函數(shù)處于生死不定的狀態(tài)，打開后波函數(shù)就塌陷到生或死一方。波爾和薛定諤當(dāng)時在哥本哈根工作，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，美國的休·埃弗萊特對此提出了不同的解釋。他發(fā)現(xiàn)，宇宙本身是可以用一個波函數(shù)描述的。他推斷，實際上所有波函數(shù)允許發(fā)生的結(jié)果都會出現(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(zhǔn)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(jié)果。從觀察者角度看，波函數(shù)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(dǎo)致波函數(shù)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(guān)重要。倫敦帝國學(xué)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(chǎn)生的宇宙微波背景下出現(xiàn)，盡管目前還沒有任何發(fā)現(xiàn)。

還有一個實驗?zāi)軝z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(zhuǎn)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？