第1章 和宇宙一起玩色子

“霍拉旭，天地之间有许多事情是人类的哲学里所没有梦想到的呢。”年轻的哈姆雷特在与父亲的鬼魂邂逅之后，不安地说。而哈姆雷特这番话正是对多重宇宙的一个恰如其分的写照。多重宇宙是物理学家提出的名词，用来描述我们这个宇宙周围可能存在的无穷多个平行的宇宙。它们展示了多种现实，我们穷其一生，也难以想象。

这并非因为我们没有尝试过。在哈姆雷特初登舞台之后的400年里，我们在脑海中不断构建虚拟的宇宙，重新排列天地时钟的齿轮，只为一探这一影响世界运行的机制。这些奇怪且不现实的世界被建造出来，往往是用来挑战我们自己对宇宙如何运行所做的假设，有时它们也被用来探索宇宙本身的真理。

黑洞、亚原子粒子、时间延缓及引力波，早在我们发现它们存在证据的很久之前，科学家就在他们的哲学里想象过了。在多重宇宙中，所有可能的宇宙都同时存在，因此无论你设想的宇宙多么奇怪，总有一个宇宙与之对应。也许，你恰恰就身处其中。

我们能否重新定义物理学法则？

宇宙为了适合生命存活似乎经过了精细的调节。这是天地设计者或“终极真理”存在的证据吗？迈克尔·布鲁克斯（Michael Brooks）探讨了我们应如何改变物理学法则，同时使我们的宇宙仍然适合生存。

假设你去一个乡村大别墅里参观。漫步四周，你发现有一间屋子里放着你心目中理想的阅读椅。然后，你发现椅子旁边的书架上都是你最爱看的书，桌子上放着你最爱喝的威士忌酒。这是一种巧合吗？还是有人知道你要来，然后按照你的喜好布置了房屋？

科学家（尤其是宇宙学家）所问的就是类似的问题。有人指出，宇宙中的某些自然性质特别适宜促进生命体的出现，甚至推动智慧生物的演化。这是一种巧合吗？这是否证明了宇宙的构造就是为了人类的最终出现？还是只是说人类这种生命体更可能出现在这样一种宇宙环境中？

这类问题最早是由宇宙学家布兰登·卡特（Brandon Carter）于1973年提出的。卡特提出了两种“人择原理”。弱人择原理是指我们居住的任何宇宙的性质及其所遵循的法则和包含的内容，或许都受到“有我们存在”这一事实的限制。换句话说，因为我们在这里，宇宙才不得不成为它现在这个样子的。强人择原理则更具争议性，它认为宇宙必须适应生命体发展的需要，并援引了“目的性设计”的思想。

从那以后，科学家们对人择原理产生了兴趣，部分原因是我们在物理学法则和物理学常数方面有了一些有趣的发现。以物理学常数Ω（奥米伽）为例，这是宇宙的能量密度与临界能量密度的比值。临界能量密度指的是让宇宙从诞生开始膨胀得足够慢以至于引力可以把恒星和行星拉在一起，但又足够快而不至于形成大挤压、杜绝一切生命形成的可能性的能量密度。宇宙真实的能量密度离临界能量密度有多近呢？非常近。在宇宙诞生的初始，偏差只有10的15次方分之一。

还有什么看起来像是被精细调节过的呢？比如氢燃烧成氦的效率，这与原子核中粒子之间吸引力的强度有关。这个数值大概是0.007。如果把这个数提高到0.008，在大爆炸中产生的氢就会在几乎一瞬间转变为氦；而如果降低到0.006，氦可能永远不会产生，也不会点燃恒星，给生命赋予能量。

另外，电磁力和引力相差得很远，这一点似乎也是为了生命存在而精细调节过的。它塑造了原子的特性，而一个轻微的改变都会阻止行星在恒星周围产生，或阻止超新星产生生命所需的碳原子。哪怕中子质量减少百分之一，原子便无法形成。

如此多的巧合使得天文学家弗雷德·霍伊尔（Fred Hoyle）一度提议说整个宇宙像一个“被构建的作品”。这些巧合当然可以用来证明宇宙是由一个“设计者”有意地构建出来以利于产生生命的。但有没有可能，如果没有这样的设计者，宇宙依然可以产生生命呢？

我们正在搜集能给出肯定答案的迹象。例如，密歇根大学安阿伯分校的弗雷德·亚当斯（Fred Adams）于2016年表示，霍伊尔注意到的这些巧合性的事件，如与超新星中碳的产生相关的事件，可以以其他方式发生。对强相互作用力（将原子核中的核子束缚在一起的力）做稍许修正，就能创造出形成碳和其他重元素的条件。这种修正也可能产生其他效应，但这从原理上证明了，你可以改变物理学法则而不妨碍生命的出现。

亚当斯还表示，哪怕引力常数、核反应速率及宇宙学常数（后者决定了宇宙膨胀的速率）只有如今的1/4，仍然可以使恒星形成并燃烧。而在2006年，美国物理学家罗尼·哈尔尼克（Roni Harnik）、格雷厄姆·克里布斯（Graham Kribs）和吉拉德·佩雷斯（Gilad Perez）提出，哪怕一个宇宙完全没有四大基本作用力之一——弱相互作用力，也可以产生生命。

在没有弱相互作用力的宇宙中，恒星仍然可以燃烧几十亿年，而化学和核物理学“本质上没有变化”。有趣的是，他们也发现，改变宇宙学常数确实会影响宇宙产生诸如恒星这样的大型天体的能力。即便如此，加拿大艾伯塔大学的宇宙学家唐·佩奇（Don Page）还是认为，降低宇宙学常数值可能会为生命出现创造更好的条件。

还有另外一种修正的理论：物理学法则也可能随时间变化。根据天文观测，有人指出决定光与物质相互作用方式的精细结构常数在过去可能会有所不同。根据一些理论家的说法，引力的传播速度和光速之比自大爆炸以来也发生了变化。而这可能会为“视界问题”，即关于热量在宇宙早期如何辐射的问题，提供解释。甚至还有人提出，在宇宙的不同地方，物理学法则也会不一样。

对强人择思想最有威胁的想法是，我们的宇宙并不唯一。很多物理学家倾向于相信，促使我们这个宇宙产生的条件也可以使新的宇宙萌芽。这些宇宙中的物理学法则彼此之间都可能存在微小的差别。

这个多重宇宙的想法解决了弦论研究者们所面临的一个主要问题。弦论的方程给出了多重解：无穷多个宇宙，每个宇宙都有不同的物理量。这一开始被认为是弦论的失败，直到斯坦福大学的伦纳德·萨斯坎德（Leonard Susskind）等人开始提倡正面看待这个解的多重性。为什么不能有多重宇宙，每个宇宙都有自己的法则呢？多样化有什么问题呢？萨斯坎德这样问。

最近，大量的物理学家开始聚焦这一观点，即我们居住在众多可能宇宙中的一个，每个宇宙都可能有自己独有的物理学性质。当然，我们只能观测到自己居住的适合生存的这个宇宙。换句话说，人择的想法起源于观测者的选择效应。

这些都好说，但问题是，有没有证据证明多重宇宙确实存在呢？2007年，位于加拿大多伦多的约克大学的宇宙学家们认为，相互撞击的宇宙也许会在对方身上留下印记。这些痕迹可能会以炽热、明亮的光子环的形式存在。在2015年，欧洲空间局普朗克空间望远镜美国数据中心的兰加–拉姆·沙里（Ranga-Ram Chary）在天图上观察到了一组尚未被解释的亮斑。

这并不是结论性的证据，英国达勒姆大学的汤姆·尚克斯（Tom Shanks）也同样未找到结论性的证据。2017年4月，尚克斯和他的团队发表了一篇研究宇宙微波背景反常的文章。宇宙微波背景是一种辐射“海”，形成于大爆炸之后不久，携带着关于早期宇宙状态的大量线索。

宇宙微波背景中的一个“冷斑”引起了尚克斯的兴趣。这个冷斑的温度大概比周围的区域低0.00015摄氏度。听起来不算多，但已经足以驱使人们去寻找对它的解释。最显而易见的解释是这个区域是一个大“空洞”，包含的星系相对稀少。然而，尚克斯及其同事的研究已经排除了这种可能性。他们认为，这说不定是我们的宇宙与另一个宇宙“泡泡”撞击的产物。

所以这些研究将把我们引向何方？如果你相信强人择原理（本质含义是宇宙由神创立，以完美地适应人类的演化），那么你无须改变你的观点。我们这个宇宙的状态确实和目的性设计的假设相吻合，虽然你不得不承认设计者也可以有其他的设计方式。就像造一辆汽车的方法不止一种一样，造一个对生命友好的宇宙的方法也不止一种。如果你更倾向于弱人择原理，你也能自圆其说：宇宙当然会适合所在其中的观测者生活，而另一个宇宙也会适合另一种不同的生命体。

但如果你非要确切地知道万物为什么是它目前这个样子的话，你可能要失望了。也许答案藏在多重宇宙的其他分支中吧。

你离平行世界中的自己有多远？

“那里似乎暗藏着无数个看不见的世界。最终我们将开始了解它们身处何处，以及到达那里需要付出何种代价。”香农·霍尔说道。

在这些看不见的世界中，有一些与你外表相同的分身正模仿着你的思想、你的行为，可能不同的只是剪了一个更时髦的发型而已。有的世界里纳粹在“二战”中获胜，有的世界里恐龙仍然存在，有的世界里物体下升上落。他们不在这里，不在这个宇宙中，但他们在那里——在多重宇宙中，与所有可能的世界共存，与无穷多个你共生。

随意徜徉在现代基础物理学中，你就会发现多重宇宙的无处不在。我们最成功的理论——量子力学或宇宙暴胀理论——均得出这一结论：我们的宇宙仅仅是众多宇宙中的一个。“事实证明，很难有一个物理学理论能预言说，除了我们所见的一切以外，别无他物。”迈克斯·泰格马克（Max Tegmark）如是说。

那么，这些和我们相关的看不见的宇宙究竟在何方呢？它们有多少？它们内部发生了什么？未来我们可能去拜访其中一个吗？这样的问题似乎听起来很蠢，特别是在连多重宇宙存在的观测证据都还没有的情况下。然而，多亏了这些新想法，物理学家们开始朝着正确的方向行进。答案不止一个——有很多，取决于你在哪个多重宇宙中徜徉。

要去往这一片混乱的多个世界，得先从我们自己的世界开始。我们所居住的宇宙诞生于138亿年前的大爆炸，在这138亿年里，由于宇宙的膨胀，光走得比你想象的还要远：470亿光年。这是我们所能看到的最远处，因为从更远处发来的光还来不及到达我们。但我们确信，时空可以延伸到更远，也许无穷无尽。

超出宇宙视界的领地则是由一个个我们这样的独立宇宙所拼成的，就好像打满补丁的被子一样。这些宇宙都受到同样的物理学法则的约束。我们至少可以假设：因为这些法则在我们可见范围内是普适的，所以没有理由认为它们一超过这个距离就突然变化。只有在一些细节上会存在真正的差别：如其他地方的智慧生命所在的太阳系可能只有5颗行星，而并非8颗，或是有两个太阳等。

有没有可能，你和另一个你在这些细节上也是完全一样的呢？泰格马克认为这也是完全可能的。假设空间无限延伸，那么就会有无穷多个宇宙，遵循同样物理学法则的事情会不止一次地发生。他甚至计算了你遇到另一个一模一样的你需要走的距离：如果以米为单位的话，这个数字将会是1的后面跟上1023个零。

但是对很多人来说，这还只是第一步。阿兰·古斯（Alan Guth）在1980年提出了比补丁式的多重宇宙论更好的理论。他提出，在宇宙大爆炸后的一秒内，早期宇宙经历了一次惊人的增长，膨胀了1025倍。这个被称为暴胀的指数式膨胀为宇宙学家们所钟爱，因为它解决了大爆炸理论中的几个主要问题。

永恒暴胀属于该理论中的一种，它认为时空永远不断地进行指数式膨胀，但在一些小区域内膨胀会由于量子效应而停止，从而形成一个个泡泡。我们的宇宙在其中一个泡泡中产生，其他地方也是这样。并且这些量子效应如今还一直在持续，无休无止地产生泡泡，每个泡泡中都含有一个宇宙。

每个泡泡产生的具体位置是随机的。想象一个随意摆放着台球的球桌：其中一个台球是我们的宇宙，而其他台球都是与我们相隔时空的其他宇宙。然后请忘掉这个图像，球桌的比喻接下来就不起作用了：你需要想象每个球都像宇宙一样膨胀，随着连接球与球的纤维膨胀，球桌也在不断伸展，还不断地有新的球随机冒出来，这是量子效应在不断地生出新宇宙。那是一场多么可怕的桌球游戏啊！

无论这些泡泡宇宙从哪里蹦出来，它们之中包含着的物理思想可能都是极其疯狂的，这与那些补丁式的宇宙可不一样。2000年，加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的约瑟夫·波尔钦斯基（Joseph Polchinski）及他的同事们又在这团混乱中加入了弦论。这一理论使得其他的宇宙和我们的宇宙大相径庭，在其他宇宙中，尽是难以理解的粒子遵循着陌生的物理学法则。“这样的宇宙简直像是服了兴奋剂一样。”亚历山大·维连金（Alexander Vilenkin）说。

究其原因，是弦论这个企图全面描述自然界却未经证实的理论，操纵着10个时空维度，比我们熟知的维度还多出6个。这些额外维度被挤在难以想象的小空间内。在我们的宇宙中，它们形成了一种特定的结构，这种结构决定着我们的粒子性质及物理学法则。但是它们至少还可以形成10500种不同的结构，这意味着这么多个空间可以放得下无数的宇宙，每一个都有着不同的粒子和不同的物理学法则，因此基本上什么事都可能发生。

这些泡泡宇宙可能会变得非常难以捉摸。在那里，光子可能会超过我们这里的光速，而苹果可能会从树枝“下落”到天上。那里也可能会非常不适合我们居住，因为根据德国法兰克福高等研究院的扎比内·霍森菲尔德（Sabine Hossenfelder）的说法，原子的稳定性取决于我们的理论中某种特定的平衡。她说：“所以在另一个宇宙中，可能也会有某种类似原子的东西可以保持稳定，但可能跟我们的原子完全不同……也许在那里你很快就会衰变。”

而即使有另外一个适合我们这种生命居住的宇宙，它也可能遥不可及——比补丁式多重宇宙更加遥远。“即使你以光速一直走下去，你也不可能到达那里，因为你需要穿过一个仍然在暴胀、体积发疯般地增长的空间地带。”泰格马克说道。

不过，也许会有一条捷径。至少，曾经有过。2016年，维连金和他的同事们提出，在我们这个宇宙刚诞生时所形成的黑洞的内部，可能会存在其他宇宙。具体想法如下：时空的小区域被转化成不同的量子态，形成小的泡泡。然后，当暴胀结束时，这些泡泡坍缩形成原初黑洞。但是在最大的黑洞中，暴胀仍在持续，产生“婴儿宇宙”。

维连金的理论预言了黑洞的一种特殊分布。如果这种分布和我们刚刚开始着手描绘的我们自己的宇宙中的黑洞分布相自洽的话，我们便可以证明多重宇宙的存在。我们甚至可能发现包含另一个宇宙的原初黑洞的质量应多大，这或许能在茫茫夜空中为我们指引其他宇宙的方向。

也许我们永远无法去拜访它们，但真是这样吗？美国康涅狄格州纽黑文大学的尼科德姆·波普瓦夫斯基（Nikodem Poplawski）及其同事们也认为黑洞内部藏有宇宙，但他们认为这些宇宙可能仍与我们的宇宙相联系。他们试图修改爱因斯坦的广义相对论——相对论认为黑洞中心有一个体积为零，密度和温度都为无穷大的“奇点”。该理论在这方面可以说存在硬伤，连爱因斯坦本人都认为物理现实中根本不该有奇点这种东西的存在。

如果波普瓦夫斯基是正确的话，奇点确实不会存在。根据他的理论，黑洞内部的物质不会坍缩到一个点，而是会撞击到某个障碍然后反弹回来。“但它不能弹出黑洞，这就意味着物质必须建立一个新的空间，”波普瓦夫斯基说，“因此黑洞成了一扇通向新宇宙的门。”

由以上的论述，人们会很自然地想到，也许我们的宇宙也形成于其他宇宙的黑洞当中，该想法给我们这个宇宙的诞生带来了一种迥异的解读方法。“大爆炸被替换成了大反弹。”波普瓦夫斯基说道。这样的宇宙起源论甚至无须引入暴胀的概念就解释了宇宙的膨胀。2016年，波普瓦夫斯基甚至算出了我们的母黑洞大概是太阳质量的10亿倍，这与大多数大质量星系中心的超大质量黑洞相一致。

这并不是说我们的宇宙存在于另一个宇宙里，就像俄罗斯套娃一样。“在某种意义上，这并不是同一个物理空间——更像是平行宇宙。”亚利桑那州立大学的达米安·伊森（Damien Easson）说道，他的观点与维连金相似，“（母宇宙与子宇宙）其实应该是完全不同的宇宙，两者分别占据着多重宇宙中完全不同的两部分”。

然而，你也许可以通过时空中的虫洞走捷径到达。如果我们用桌上的台球来表示这些宇宙的话，它们之间会由看不见的管道连接。它们可能拥有完全不同的尺寸，以不同的速度增长。有的可能会形成更多的黑洞，进而产生更多的宇宙，这些宇宙又通过看不见的管道与它们相连。

无论是补丁式的多重宇宙，还是泡泡式的多重宇宙，这些宇宙总是互相毗邻的——至少是连在一起的，即使物理学法则告诉我们无法从一个宇宙到达另一个宇宙。而另一种多重宇宙就不见得如此了，这就是量子多重宇宙。这些宇宙就叠加在我们所占据的空间中，因此对我们来说既亲近又遥远。

自从20世纪20年代开始，物理学家就对量子力学感到很困惑。量子力学认为一个粒子，比如电子，能同时待在两个地方，直到有人去测量它。在被测量时，电子必须“选择”一种特定的态。可是另一个态呢？

20世纪50年代，当时还是普林斯顿大学研究生的休·埃弗里特（Hugh Everett）提出，所有这些潜在的态都是真实的——它们只是存在于平行的宇宙中。比如，你在进行一项实验以测量电子的路径。在我们这个宇宙中，电子朝着一个方向运动，但测量同时产生了另一个宇宙，在那里电子朝着相反的方向运动。

在量子多重宇宙中，每测量一次就产生一个宇宙，这个宇宙被折叠在我们的宇宙之中，看不见，也摸不着。

这对有些人来说简直太不可思议了。澳大利亚布里斯班格里菲斯大学的迈克尔·霍尔（Michael Hall）说，主要的问题在于怎样才算是一次测量。测量一定得是一个物理学家在做量子实验吗？我们平常所做的每一个决定算不算？埃弗里特的理论没有回答这些问题，所以他的多重宇宙的概念仍是模糊的，我们也没法计算出宇宙总共有多少个。

霍尔和他的同事们由于不堪这种不确定性的烦扰，就提出了一个新设想——“相互作用多世界”。与埃弗里特的原始想法不同，这一设想一开始就给出了数量有限的宇宙，它们和我们的宇宙差不多大小，叠加在我们的宇宙之上。这样，量子事件就成了这些宇宙中的粒子相互作用的产物。

以量子隧穿为例。量子隧穿指粒子无视通常的物理学束缚，直接穿过一个势垒，仿佛它不存在的现象。如果电子在我们这个世界朝向势垒前进，它可能与平行世界中另一个也朝向同样势垒前进的电子发生相互作用。这两个粒子开始互相排斥，致使其中一个赋予另一个以能量，从而使后者能够完成难以想象的任务：冲破势垒。

在霍尔的理论中，电子穿过势垒的概率和标准量子力学所预言的结果存在细微的差别。这是个好消息——在理论方面，这个偏差是可测的，而且能告诉我们有多少个相互平行的宇宙。

但即使量子多世界确实以这种方式运行，它如何与宇宙学上的多重宇宙相自洽呢？霍尔认为他的量子多重宇宙和暴胀多重宇宙可以同时存在，但总有一个占上风。他说：“本质上只能有一个超级量子多重宇宙。”这是因为暴胀中的时空会通过小的量子效应产生新宇宙，而要是这些效应存在，必须先有一个量子多重宇宙。

而有些人认为，如果有不止一种多重宇宙的话，暴胀多重宇宙应该先产生。一旦暴胀的“海洋”开始搅动出新的泡泡状宇宙，有些宇宙就可能会产生黑洞，继而造出新宇宙。这些宇宙也可能会通过每次的量子测量转变成其他的宇宙。“如果这种解释是正确的话，那么永恒暴胀多重宇宙就会不断分裂出暴胀着的新宇宙。”维连金说道。

其实，并不是说这些不同的多重宇宙不能同时存在。有些理论家甚至认为埃弗里特的多世界和暴胀多重宇宙可能其实就是同一个东西。“虽然它们看起来不同，但它们都不断地分裂出新宇宙，而且这么奇怪的性质不是轻而易举就能形成的。”伦纳德·萨斯坎德说。

萨斯坎德认为，也许它们只是一个硬币的两面。如果是这样的话，致力于研究多宇宙的先辈们也许最终会达成共识，即我们只需要一张地图来探路。

你与平行世界中的你有关吗？

在开始多重宇宙之旅之前，你也许要先考虑一下你的每一个行为的后果。你的每一个决定都会反映在平行的世界中，影响那里的人们。罗恩·胡珀（Rowan Hooper）为量子世界中的道德迷津指明了方向。

也许我是个有钱人，也许我是个影星，也许我是世界之王。可也许我是个穷人，也许我无家可归，也许——很多个我已经死去。在这个宇宙中，这些人都不是我，但是在多重宇宙中，也许这些都是我，甚至还有更多的我。我并不是幻想狂，但我确实对“如果……会怎样”这样的问题抱有强烈的好奇心。在量子力学的多世界解释中，我在这个世界中做的每一个决定都会创生新的宇宙：我的每一个可能的选择都占据着一个宇宙。这就是一系列平行的世界：充满无穷多个相似的你我。多重宇宙就是“如果……会怎样”这个问题的无穷无尽的延续。

在其中一个世界中，我刚刚写完上述这段话来把这个问题解释得更清楚。但我也很担心，如果多世界解释是正确的（很多物理学家都这么想），我的行为所塑造的就不仅是我自己的生活进程，还有其他世界中的我的生活进程。戴维·多伊奇（David Deutsch）说道：“在多世界解释中，当你做出一种选择时，其他可能仍会发生。如果我们的选择有小概率会带来不好的后果，比如有人被杀死，我们就要将其考虑为真实世界中会发生的事实，只不过是在另一个宇宙中。”

我应该对平行世界里为我的行为承担后果的人们感到不安吗？如果我在这里心不在焉地开车，我可能会面临罚款，而另一个我却可能在车祸中丧生。或者更有甚者，我在平行世界里的家庭会毁于一旦。时刻想着我只是多重宇宙中众多罗恩们的一个，我的决定的影响力远远超过我所知道的地方，这可让我怎么活？你们可能会觉得我压根就不该在乎这件事。毕竟，多世界解释认为我永远也不会遇到其他宇宙中的我，那我还担心他们干什么呢？

可是，大多数人都生活在道德规范下，因为我们相信我们的所作所为确实对他人有所影响，即使那些人我们素未谋面。我们担心自己的购物习惯会影响遥远国家中的工人，担心尚未出生的下一代将忍受我们的碳排放。多伊奇指出，既然我们认为谋杀未遂也应承担道德责任，虽然它没有已发生的谋杀那么严重，我们就应该考虑其他世界中的我们。

迈克斯·泰格马克理解我的困境。作为多重宇宙的头号支持者，他对于居于其一之中的意义深思良久。“我感觉我和平行世界中的迈克斯们之间有种亲密感，虽然我从未拜访过他们。他们享有我的价值，我的感受，我的记忆——他们比我的兄弟离我更近。”他说道。

这样的宇宙观使得他很难同情自己：总有另一个迈克斯比他的处境更糟。如果他驾车侥幸躲过了车祸，知道自己处于多重宇宙之中会让他更加严肃地对待这次经历。“我至少可以认真反思所发生的事故，吸取一些教训，以此来悼念那个死去的迈克斯。”

要在以前，泰格马克也只能是个被边缘化的局外人。多重宇宙观点在第一次被休·埃弗里特提出时，并不是很招人待见。埃弗里特好不容易才把它发表出来，可他最终还是离开了他所厌弃的学术界。然而，这个理论优雅地解释了一些令人费解的量子现象，并因此在过去50年里赢得了越来越多物理学家的信服。“多重宇宙物理学和揭示恐龙曾经存在的理论有着类似的实验基础。”多伊奇说道。

但我们也不能不受它的影响。“每次我们做一个概率性的决定，如是否带伞以防下雨时，我们的决定就会导致宇宙分叉。”加利福尼亚大学戴维斯分校的安德烈亚斯·阿尔布雷克特（Andreas Albrecht）解释道。在其中一个宇宙中，我们带了伞，没被淋湿；而在另一个宇宙中，我们没带伞，被淋湿了。宇宙根本上的易变性迫使我们做出这样的选择。“你没有办法躲避。”阿尔布雷克特说。

这是一个重大的认识。我们就像处在哥白尼时代，认识到地球不是宇宙的中心，或是达尔文时代，认识到人类不是独立于其他物种凭空产生的一样。这两次认识都重塑了我们对自己在宇宙中位置的认识、我们的哲学思想以及我们的道德观。而多重宇宙看起来或许就是人类思想的下一个主宰者。

泰格马克在麻省理工学院的同事、物理学家赛思·劳埃德（Seth Lloyd）称：“这些世界确实存在于某处，但我们无法到达那里：我想这是一件非常让人吃惊且不同寻常的事情。这真是一种痛苦啊。”我问：“为什么呢？难道是因为这更加降低了人类在世界中的地位吗？”他说：“不，不是因为那个。我乐于见到人类逐步被边缘化。我原本更喜欢单一宇宙，因为这样似乎显得更加干净利落，但我现在也逐渐开始喜欢多重宇宙的想法了，因为你刚刚指出这就像我们人类走向边缘化的最终步伐。我想这样更好，我很喜欢这样。”

虽然多重宇宙这个概念似乎很令人愉悦，但要让人类弄明白它的深意还是件很头痛的事——对于物理学家也是如此。当泰格马克的妻子在分娩他们的大儿子菲利普时，他发现他总是希望一切顺利。然后他便告诉自己：“也许一切都会顺利，但也许会出什么意外，只不过这些结果出现在不同的平行宇宙中。所以希望一切顺利究竟有什么意义呢？”他甚至无法希望顺利分娩的平行宇宙所占的比重稍大一点儿，因为这个比重原则上来说是可以计算的。“因此说‘我大概以这个希望值来期待某件事’是没有任何意义的。该发生的总是会发生。”

结果，“希望”倒成了多重宇宙的下一个受害者。你做出一个决定，最终要么会得到“好”的结果，要么发现自己正处于“坏”的那一个分支上。你无法指望自己总是得到好的结果。泰格马克承认这样活着很痛苦。“让你的情感和你所信奉的理论保持一致是很困难的，至少对我来说是这样。没有了希望，我还怎么活下去？”他说。

那么，其他非专业人士是怎么理解多重宇宙的呢？1982年，年仅51岁的休·埃弗里特猝然离世，他十几岁的儿子马克发现了他的遗体。我问马克他父亲的工作对他是否有影响。已是鳗鱼乐队资深主唱的马克说：“虽然我认为自己天生是埃弗里特家族中的一员，但我丝毫没有继承父亲的数学天赋，因此这超出了我的理解范围。我怎么会理解多世界呢？现在这个世界就够我应付的了。我只希望其他世界对我来说更容易理解一些。”

我理解他的感受。我想，也许哲学家会为我提供一个更广阔的视角，于是我去找了伦敦国王学院的戴维·帕皮诺（David Papineau）。他说：“比如你押了一匹你觉得稳赢的马，但结果它却输了，你输掉了所有的赌注。你会想：‘我要是不那么做就好了。’但你却使其他宇宙中那些赢了的人们得到了好处。你只是运气不好，生在了这个让你输了的宇宙中，但你没有做错任何事。所以，不能说你之前的行为就是个错误。”

好吧。如果今天下午我把我和同伴们所有的积蓄都用来赌马，而且我是处在那个“坏”的分支上的话，我怀疑“我没有做错任何事”这句话就无法得到他们的认同了。但这并不是一个明智之举——根据帕皮诺的说法，埃弗里特的解释的一个伟大之处就是：只要你的行为是理性的，事情就不会变得棘手。

帕皮诺说，根据传统的想法，有两种办法可以估算风险。第一，你的选择是否最大限度地顺应了形势？如果我们需要钱，而我的赌注又是合理的，那么可以这么说。第二，情况是否顺利？可能有很多因素会使情况不顺，比如马会摔倒，或者落到了最后，让你大失所望。

让帕皮诺感到很不快的是，这两种“正确”的办法——明智地选择和走运——无法合二为一。“正确的做法有可能得到错误的结果，这在我看来便是传统想法的丑陋的特征。”他说。而在多世界解释中就不会这样。在那里，所有的可能性都会被选择，所有的结果都会发生。没有希望和运气，也没有懊悔。虽然很冷血，这却是一个看问题的完美方式。

这种完美性一直是多重宇宙吸引人的地方之一。在量子力学中，宇宙中的一切物体都可以用波函数描述，比如亚原子粒子如何同时拥有不同的性质。但问题在于，一旦我们测量它们的某种性质，这种不确定性就消失了。对这种现象的最原始的解释——所谓的哥本哈根诠释——认为当我们测量时，波函数便坍缩到其中一种可能性上。

休·埃弗里特称这种把量子世界和我们日常的经典世界强行割裂的做法为“恶魔的行为”，并决定弄清楚如果波函数不坍缩的话会怎么样。数学结果表明，每当我们测量时——或更通俗一点儿说，每当我们在众多可能的结果中做出决定时——宇宙便会分裂。这便是多世界解释。

对理论物理学家唐·佩奇来说，这种完美性是人类远远无法达到的。佩奇既是埃弗里特的忠实粉丝，又是基督教的忠诚信徒。像很多现代物理学家一样，他同意埃弗里特的观点，认为波函数坍缩既复杂又没必要。并且，对于佩奇而言，多世界解释还有一个令他愉快的额外作用，那就是它解释了为什么上帝容许恶魔的存在。

他说：“上帝有上帝自己的价值观，上帝想让我们享受生活，但同时也想创造出一个完美的宇宙。”佩奇强调，对上帝来说，完美性比承受痛苦更重要，这就是为什么坏的事情会发生。“上帝不会靠波函数的坍缩来治愈人们的癌症或阻止地震等，因为这样会使宇宙变得不完美。”

对佩奇来说，这就是对恶魔问题的理智而令人满意的解决方案。而且，多世界还可能支持自由意志。佩奇其实不相信我们有自由意志，因为他觉得我们生活在一个上帝决定一切的现实世界中，所以人类不可能有自主行为。但是在多世界解释中所有可能的行为都会实际发生。“这意味着我不会只采取某一种行为。在多重宇宙中，我会采取所有可能的行为。”佩奇说道。

然而，佩奇并不赞同完全把自己的命运交给多重宇宙。有一次赛思·劳埃德花100万美元请他玩量子俄罗斯轮盘赌，这对多重宇宙迷们来说可是个好游戏——你不可能输。佩奇考虑了一下，然后拒绝了：他不愿想象在那个他死去的世界里妻子痛苦的样子。

就像泰格马克一样，佩奇似乎也很看重多重宇宙所提供的前景。佩奇说：“我的一个孩子想要一辆摩托车，但我和我妻子都认为这太危险了。我可能会尝试告诉他：好吧，也许大部分时间你都活得好好的，只不过可能有个你，在某些世界的分支中，会因车祸致残……”

当我发现连多世界的专家最后都和那些对它一窍不通的人表现得差不多时，我多少松了一口气。但我也意识到，多世界理论塑造了他们对自己所做决定的思考方式。也许对我们来说，想想我们的行为如何影响“其他的我们”，比考虑风险和回报率这样枯燥的事要自然一些。如果说有谁持反对意见的话，那无疑是戴维·多伊奇，他也许是埃弗里特最铁杆的粉丝。他肯定能回答住在多重宇宙中的意义是什么。他确实给了我答案，但与我期待的不一样。

他说：“多重宇宙中的决策论告诉我们，应该更重视那些在较多宇宙中发生的事情，而不要太重视那些在较少宇宙中发生的事情。它还告诉我们，除非有外界环境的影响，否则我们对一件事风险的评估应该和我们在经典宇宙中根据概率的评估是完全一样的。”所以，正确的还是正确的。

那么我对多重宇宙的意义的追求都是徒劳的吗？一点儿也不。一方面，多伊奇的想法可能是错的，这是他接受的一种可能性，虽然他坚信多重宇宙是存在的。另一方面，如果他是对的，他的结论只是巩固了其他人已阐述的道理：在多重宇宙中生存的最好办法是好好想想你在这个宇宙如何生存。

把“如果……会怎样”想象成某种现实情况会帮助我们做到这一点。泰格马克说多世界理论改变了他思考人生的方式。他有时候害怕做某件事，因为感觉太艰巨了。但当他意识到自己身处广大的多重宇宙中时，就觉得不算个事儿了——他立即就会去做。他说：“多重宇宙确实让我更幸福了，它给了我抓住机会的勇气。”

我希望多重宇宙也能让我这样。我们可能无法丢弃希望和懊悔，但多重宇宙能让我们正确地看待这些感觉。并且，虽然多重宇宙可能不需要我们去改变道德观，但它能够帮我们更深刻地考虑我们的选择和行为。宇宙的含义比我们所能理解的更为深远，我们自己何尝不是如此呢？

如何玩量子俄罗斯轮盘赌

这相当于扮演薛定谔的猫的角色。你需要一把枪，扳机由某种东西的量子性质控制，如原子的自旋，它有两种可测量态。如果哥本哈根诠释是正确的，你便有50%的生还概率。你玩的次数越多，生存的可能性就越小。

然而，如果多重宇宙是真实的，那么无论你玩多少把，总会有一个宇宙里的你是活着的。而且，由于量子力学中“观测者”具有崇高的地位，你可能总是会活到最后。由于枪每次都打不着你，你可能只是听到一串扣动扳机的声音——然后意识到你是打不死的。但请注意：即使你真的得到一把量子枪，这项最具决定性的实验如何进行也仍一直处在物理学家们的争论当中。

奇点是否存在？

落入黑洞的结局也许不像我们以为的那样。卡蒂娅·莫斯科维奇（Katia Moskvitch）发现，如果把量子引力理论应用到这种古怪的物体上，它们中心处粉碎万物的奇点将不复存在，而被类似于通往其他宇宙的入口的东西所取代。这样，一直困扰着黑洞的信息丢失悖论就可以解决了。

虽然短期内谁都不会掉进黑洞，但想象一下如果有人掉进黑洞会怎么样仍不失为一个探究宇宙中一些重大谜团的好办法。最近，这类思考引发了黑洞火墙悖论的问题——黑洞长期以来一直是各种宇宙学谜团的根源。

根据阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论，如果黑洞将你吞噬，你的生存概率是零。你将被黑洞的潮汐力撕成碎片，有人把此过程戏称为“意大利面化”。

最终，你会到达奇点，那里的引力场强到无穷大。在那个地方，你将会被压缩到密度变为无穷大。不幸的是，后面将要发生什么事，甚至连广义相对论都无法计算出来了。“当你到达广义相对论中的奇点时，物理学法则就会失效，也无法再使用方程了。”宾夕法尼亚州立大学的阿沛·阿什特卡（Abhay Ashtekar）说。

当你试图去解释大爆炸时，也会遇到同样的问题，因为大爆炸也被认为是从一个奇点开始的。因此，2006年，阿什特卡和他的同事们把圈量子引力论应用于宇宙的诞生。圈量子引力论把广义相对论和量子力学结合在一起，并将时空定义成由尺度在10–35米量级左右、无法分割的小块组成的一张网。他们的团队发现，在圈量子引力宇宙中，若他们让时间倒退，他们就会到达大爆炸的时间点，但那并不是奇点——相反，他们通过一架“量子桥”到达了另一个更加古老的宇宙。这就是描述我们宇宙起源的“大反弹”理论的基本思想。

2013年，路易斯安那州立大学的豪尔赫·普林（Jorge Pullin）和乌拉圭共和国大学的鲁道福·甘比尼（Rodolfo Gambini）将圈量子引力论应用到更小的尺度——单个的黑洞上，希望也能消除奇点。为使问题简化，他们把圈量子引力方程应用到一个球对称、非旋转的施瓦西黑洞模型中。

在这个模型中，当你接近黑洞中心时，引力场仍在不断增强。但和之前的模型不同的是，最后不会以到达奇点结束。相反，引力最终会减弱，然后你就像从黑洞的另一头出来一样，要么到达我们宇宙的另一个区域，要么完全进入另一个宇宙。虽然这只是一个黑洞的简单模型，但研究者们——包括阿什特卡——认为，这个理论同样也能排除真实黑洞中奇点的存在。

这就意味着黑洞可以成为通往其他宇宙的出入口。虽然也有其他理论提出了同样的观点，一些科幻作品更是如此，但问题在于由于奇点的存在，没有任何东西可以通过这个出入口。排除奇点的存在还不太可能马上就有实际的用处，但至少可以帮助我们解决黑洞的一个悖论，即信息丢失悖论。

黑洞通过吞噬物体吸收信息，但根据理论，黑洞也会随时间不断地蒸发。这就会导致信息永远丢失，而这与量子理论相违背。但如果黑洞没有奇点，信息便不会丢失——它只是穿越到另外一个宇宙中去了而已。

如果时间倒流会怎样？

为什么时间有一个特定的方向？乔舒亚·索科尔（Joshua Sokol）的研究表明，在多重宇宙中，可能会产生时间方向相反的“口袋宇宙”——其中一个宇宙的未来可能是另一个宇宙的过去。

别为过去的事情感到遗憾——在它们的发展轨迹上，它们可能也有值得期待的东西。从我们的视角来看，在一些宇宙中，事情可能是沿着时间往回发展的。这意味着可能某些世界中的未来对我们来说是遥远的过去。

这个使人摸不着头脑的想法早就有人提过，而且通常都会有一些特定的附加条件。现供职于加州理工学院的肖恩·卡罗尔（Sean Carroll）在2004年表明这个想法是可行的，但必须引入极其复杂且不现实的物理学解释。卡罗尔和宇宙学家阿兰·古斯继而表明在邻近的宇宙中，时间自发产生于更简单的原理，然后向相反的方向流逝。

古斯和卡罗尔的工作源于一个让物理学家和哲学家都很头疼的问题：为什么时间箭头仅仅指向一个方向。诚然，我们只能记住过去的事情，但物理学法则可不管时间如何流逝：一个物理过程若反向进行的话，仍然符合这些定律。“没有一个很深层面上的原理规定了原因必须在结果之前。”卡罗尔说。

由于没有其他可以给时间定方向的物理学法则，物理学家们选中了熵——一个衡量混乱程度的物理量。随着熵的增加，时间往前推移。比如，你搅动牛奶使之溶入咖啡中，但你不能再把牛奶分离出来，所以分开的黑咖啡和牛奶总是先出现，它们的混合物后出现。

扩大到整个宇宙，我们同样可以将熵增加的方向定义为时间的方向。通过研究遥远星系的运动，我们可以预测宇宙如何演化。我们也可以将时间回溯到大爆炸的时刻，那时宇宙的熵肯定要低得多。

如果再往前追溯，我们就会遇到一个宇宙学难题。如果大爆炸真的是时间的起点的话，我们便无法再继续前进了。但如果那样的话，为什么那时的熵非常低呢？而如果那不是时间的起点——就像古斯所质疑的那样——那么一个永恒的宇宙是如何到达熵如此低的状态，以至于可以形成时间的箭头？

在一个未发表的模型中，古斯和卡罗尔探讨了后一个问题。他们把一个有限的粒子云团丢入了无限的宇宙中，每个粒子都以随机的速度移动。过了一会儿，时间箭头便自发出现了。

这个随机的初始条件意味着有一半的粒子在一开始往外扩散，使熵增加，而另一半向中心聚拢，使熵减少，然后互相穿过后又向外飞奔。最终整团云膨胀，熵也随之增加。关键是，即使你让每个粒子的初始速度相反，从而掉转时间箭头，粒子最终还是会向外扩张，熵依然会增加。如果在两个方向上熵都增加，那么时间箭头究竟指向何方呢？古斯说：“我们称之为双向时间箭头。因为物理规律是不变的，所以在另一个方向上，我们也会看到完全相同的事情。”

这个模型表明，在无限、永恒的空间中，时间箭头会自发产生。由于这个模型允许熵无限地增加，时间零点仅仅表示熵处在其最低点的那一刻。

这也可以解释为什么大爆炸点，即我们所能看到的最早的时刻，具有如此低的熵。但这也具有欺骗性：如果熵可以无穷大，那相比而言任何东西就都可以具有相对“低”的熵了。

“我和阿兰试图阐明的重点是，这种情况下几乎在宇宙的任何一处你都可以有一个明确的时间箭头，这一点是很自然的。”卡罗尔说。不过他也承认还需要更多的工作来推动这个模型：“下面当然就得努力实现它，使它看起来像是我们的宇宙。这可是项艰难的工作。”

如果这个模型和现实相符，它就可以被应用到除了我们自己这个可观测宇宙之外更多的宇宙中去。“它可以用来描述一切存在，即多重宇宙。”古斯说。在他看来，时间箭头可能早在我们的父宇宙或祖父宇宙中就产生了。

根据宇宙暴胀理论，我们的宇宙只是众多宇宙中的一个。真空中随时都会涌现出新生的小宇宙，它们紧挨着我们，却又无法企及。

这也意味着大爆炸发生时其实也就是我们的宇宙从多重宇宙中诞生的时刻，而那时时间箭头已经形成。

和我们的宇宙大约同时形成的平行宇宙，开始时和我们的熵应该也差不多。如果我们可以和那里的人对话，他们在过去和未来的方向上应该会和我们达成共识。

但在我们看来，在我们的时间箭头形成之前诞生的宇宙中，时间可能会完全不同，虽然不会有人注意到这一点。卡罗尔说，虽然这些向后演化的宇宙和我们之间的一些随机的小差别会导致完全不同的命运，但那里的人也有自己的时间箭头，只是“对他们来说，我们生活在过去，而我们和他们的时间方向相反”，这种观点显然很难被接受。“我们无法与他们交谈，他们生活在我们的过去。他们也无法与我们讲话，我们也生活在他们的过去。”他说。

这个新模型也有它自身的问题。在它的初始状态，所有粒子的速度都是随机的，由于时间箭头还没有被清楚地定义，所以非常混乱：熵会在某些地方增加，但在另一些地方减少。

要理解夹在两个时间箭头之间的时段是很难的。“这中间的模糊地带也许会变得像怪物一样不可思议。”加州大学戴维斯分校的安德烈亚斯·阿尔布雷克特说。

古斯承认这是它的一个弱点，加上纳入引力等元素时遇到的困难，他说这是他们的工作还没发布的原因之一。古斯说：“我们想要了解得更清楚的是如何描述这个中间地带，但目前物理学的一切结论都来自一个时间箭头被清晰定义的系统，所以需要我们对物理学有更进一步的理解。”

至于该模型如何处理那些熵持续增加的无限宇宙，阿尔布雷克特并不感兴趣。这个模型的关键特点在于解释了为什么大爆炸比现在的熵要低，但是还存在着争议。

“他们创造了一个世界，在那里他们能够很容易地植入他们的一些观点。”阿尔布雷克特说。大多数人所相信的无限宇宙论帮助他们隐藏了模型中的一些重要假设。但阿尔布雷克特喜欢存在两种时间箭头的可能性，在这样的多重宇宙中，遥远的过去同时也是它的遥远的未来。“我完全接受这种两头性。”他说。

存在可解释一切的万物理论吗？

我们的哲学里最美好的梦想只描绘了可观测宇宙的一小部分。而理查德·韦布（Richard Webb）却在思考，有一天我们的梦是否会大到包含整个现实世界。

实话说，我们现在以为自己知道的一切，其实近似等于我们尚未发现的东西。这是我们从历史中学到的关于自然界基本理论的一课，它既让人挫败不堪，又使人兴奋不已。以牛顿的万有引力定律为例，它确实在长达200余年的时间里出色地描述了苹果落地和行星轨道等，但最终还是要让位于“更正确”的理论——爱因斯坦的广义相对论。概念严谨而又直观的经典力学也是如此：若深入到亚原子粒子的层次上，它便会深陷量子不确定性的谜团中。

量子理论解释了小尺度物质的运作，而广义相对论描述了宇宙在大尺度上的演化。每种理论在它自己的适用范围内都非常正确，但又都有些疏漏和不自洽性，这使得我们确信可能还有更好的理论。若真的存在一个统一的“万物理论”，它会将我们引向量子理论和相对论都无法奏效的地方，比如黑洞的事件视界之内，或宇宙的太初。

这是件多么令人陶醉的事啊！然而，很多伟大的思想家在追求它时纷纷折戟沉沙。爱因斯坦的垂暮之年也是在对这种终极思想的孤独、无果的探求中度过的。

目前还是没什么进展。弦论诞生了，它用细小、弯曲的弦来代替基本粒子，试图寻求统一。虽饱受其预言无法检验的批评，但它的支持者并没有退缩。诸如圈量子引力论这样的理论也涌现出来，但也没什么突破。

在下一个60年里我们会迎来峰回路转吗？从20世纪60年代起就研究万物理论的伦敦帝国理工学院的迈克·达夫（Mike Duff）出乎意料地给出了一个果断的预测。他说：“我通常对于预言都很谨慎，但如果非要预言的话，我会说还得10年以上，但不会超过100年。”

法国艾克斯–马赛大学的卡洛·罗韦利（Carlo Rovelli）是圈量子引力论的领军人物，他也保持着乐观情绪。“我认为，未来60年内将会有人提出一套量子引力理论。”他说。如果这样的话，那将是个开始，而非结束。理论赢得声誉的时间一般会很长，广义相对论中的一些预言，像黑洞以及引力波，直到20世纪60年代才被充分接受。而直到2016年，引力波的存在才最终确定。

统一理论的复杂性在于，它的作用范围的能量非常高，以我们的能力还远远没办法重造出来。即使有可能的实验证据，也只能是间接的，并且不易被察觉，比如大爆炸留下的辐射——宇宙微波背景辐射所留下的痕迹。

罗韦利说，由于类似的原因，统一理论虽不敢说绝对不会产生短期的实用效益，但也希望渺茫。“我目前看不到该理论有任何技术上的应用，但回想起20世纪70年代我开始研究广义相对论的时候，又有谁会想到GPS导航系统的出现呢？”他说。

所以不要指望一下子就有发现——这是一个很长、很慢的过程。但同时，我们也可以期待一些意想不到的结果出现。当20世纪20年代保罗·狄拉克把量子理论和爱因斯坦的狭义相对论统一起来以全面地描述电子时，他并不知道他的方程预言了另一个几乎一模一样的粒子。而仅仅在几年以后，正电子的发现为我们打开了一个有待我们去深入探索的崭新世界——反物质世界。

一个基于弦论的万物理论或许可能证明多重宇宙或其他宇宙的存在，这极大地拓宽了我们探索的事物的范围。达夫说，这就是追求的乐趣所在。“大多数科学家都想要全面掌控，而理论物理学家仍在试图去理解这个局面。”他说。