多重的多元宇宙也許是同一回事

丹·法爾克

不是多元宇宙顯得詭異，而是我們需要更新自己的時(shí)空觀念。

《弗拉馬利翁木刻》這幅圖像的名字也許你沒怎么聽說(shuō)過(guò)，可是這幅畫你一定見到過(guò)許多次了。它描繪的是一個(gè)旅行者，身著斗篷，拄著拐杖，身后是城鎮(zhèn)及樹木的不同場(chǎng)景，周圍有透明的外殼，上面點(diǎn)綴著無(wú)數(shù)星星。靠近那個(gè)世界的邊緣，旅行者鉆入另一邊，那是一個(gè)令人眼花繚亂的全新世界，充滿了光、虹與火。

這幅畫是法國(guó)天文學(xué)家卡米伊·弗拉馬利翁1888年出版的一本書中的插圖，原作是黑白畫，現(xiàn)在彩圖到處可見。他注意到，天空看上去是個(gè)圓頂，上面綴滿了天體，可是印象往往能蒙騙人。弗拉馬利翁這樣寫道：“在我們祖先的想象中，這個(gè)藍(lán)色的穹頂就是眼睛引領(lǐng)他們?nèi)ハ嘈诺臇|西；可是，正如伏爾泰所說(shuō)的那樣，蠶作繭是由于受宇宙的限制。”

這幅木刻被人們看作是人類尋求知識(shí)的象征，但是我還是想從畫面上的內(nèi)容去理解，與弗拉馬利翁的意圖相同。在科學(xué)史上，我們經(jīng)常在已知世界的邊緣發(fā)現(xiàn)一個(gè)縫隙，然后就鉆過(guò)去。這個(gè)宇宙并非終止于土星的軌道，也不是在銀河系最外緣的那些星球處停止，我們視力所及的最遙遠(yuǎn)的星團(tuán)還不是其盡頭。今天，宇宙學(xué)家認(rèn)為其他所有的宇宙就在那里。

但是，與量子力學(xué)所能揭示的內(nèi)容相比，這幾乎是司空見慣的事了。這不僅僅是這個(gè)圓頂上的一個(gè)縫隙，還是一種新的突破口。物理學(xué)家和哲學(xué)家很久以來(lái)一直在爭(zhēng)論量子理論的意義，可是不知出于什么原因，他們都認(rèn)為量子理論揭示了我們的感覺無(wú)法企及的一個(gè)廣闊空間。也許這個(gè)原理最純粹的化身—量子理論方程式最直截了當(dāng)?shù)慕庾x—就是休·埃弗雷特于20世紀(jì)50年代提出的多個(gè)世界的觀點(diǎn)。按照這種觀點(diǎn)，凡是能發(fā)生的事實(shí)際上已經(jīng)在其他宇宙的某個(gè)方位發(fā)生了，量子理論的概率代表著產(chǎn)生某種結(jié)果的宇宙的相對(duì)數(shù)量。南加州大學(xué)物理哲學(xué)家大衛(wèi)·華萊士在其2012年的著作《新興的宇宙》一書中這樣寫道：“從量子力學(xué)的字面意義上來(lái)說(shuō)，這個(gè)世界比我們預(yù)期的要大得多。的確，我們經(jīng)典意義上的‘世界只是一個(gè)更大的現(xiàn)實(shí)當(dāng)中的很小一部

分。”

這一系列的宇宙乍一看與宇宙學(xué)家討論的宇宙截然不同。宇宙學(xué)視野中的宇宙尺度比星系大，其模型是用來(lái)解釋宇宙的統(tǒng)一性的。推測(cè)的平行宇宙在時(shí)空不同的遙遠(yuǎn)區(qū)域，屬于當(dāng)?shù)亓孔优菽蚱渌裁礀|西演變的大爆炸的結(jié)果，大約就像星團(tuán)一樣存在于那遙遠(yuǎn)的空間，你可以想象乘坐星際飛船飛到它們那里去。

相比之下，埃弗雷特的多個(gè)世界就在我們這里。他的這個(gè)概念是在試圖理解實(shí)驗(yàn)室測(cè)量過(guò)程時(shí)產(chǎn)生的。量子在云室里留下痕跡，原子受磁性扭曲，熱物體放光—就是這類觸手可及的實(shí)驗(yàn)催生了對(duì)量子理論以及一致解釋的探求，測(cè)量過(guò)程中發(fā)生的量子“分支”引發(fā)了與我們的生活空間重疊的新世界。

然而，這兩種多元宇宙有共同之處。我們可以通過(guò)想象去往其中的任何一個(gè)宇宙。設(shè)想你乘坐星際飛船到達(dá)另一泡沫宇宙，間隔的空間會(huì)膨脹得很快，快到讓你無(wú)法跨越，因此泡沫宇宙就被相互隔離。同理，我們的天性就是對(duì)量子多元宇宙中的其他宇宙一無(wú)所知。這些其他宇宙雖然是真實(shí)存在的，可是我們永遠(yuǎn)都看不到。

而且，雖然量子多元宇宙不是為宇宙學(xué)創(chuàng)立的，但是它很適合宇宙學(xué)。常規(guī)的量子力學(xué)（尼爾斯·玻爾及其同事贊成的哥本哈根觀）必須區(qū)別觀察者和被觀察的對(duì)象，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)來(lái)說(shuō)這挺好。觀察者是你，實(shí)驗(yàn)是你正在觀察的東西?？墒?，如果接受調(diào)查研究的目標(biāo)是整個(gè)宇宙呢？你無(wú)法身處這個(gè)宇宙之“外”對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。多個(gè)世界的解釋沒有這樣的人為區(qū)別。加州理工學(xué)院的物理學(xué)家肖恩·卡羅爾及其研究生詹森·波拉克和金伯莉·博迪在最新的一篇論文中，把多個(gè)世界的解釋直接運(yùn)用于宇宙學(xué)多元宇宙的宇宙創(chuàng)造，他說(shuō)：“（在埃弗雷特看來(lái)）原來(lái)在常規(guī)量子力學(xué)中非?？辗旱乃幸磺谢旧隙寄軌蛴?jì)算。”

最后，這兩種多元宇宙對(duì)我們的觀察做出了相同的預(yù)測(cè)，唯一的不同之處是：它們將可能的結(jié)果置于不同方位?？_爾發(fā)現(xiàn)，“宇宙學(xué)的多元宇宙（不同狀態(tài)處于相去甚遠(yuǎn)的時(shí)空方位）等同于一個(gè)本地化的多元宇宙（不同狀態(tài)都在一處，只是處于波動(dòng)函數(shù)的不同分支）?！?/p>

麻省理工學(xué)院的宇宙學(xué)家馬克斯·泰格馬克在2002年的一次講座中，曾對(duì)這個(gè)概念進(jìn)行過(guò)具體化描述，在此基礎(chǔ)之上，2014年他出版了《我們的數(shù)學(xué)宇宙》一書，描述了幾個(gè)“層面”的宇宙。層面Ⅰ指的就是我們自己這個(gè)宇宙非常遙遠(yuǎn)的區(qū)域，層面Ⅲ是量子的多個(gè)世界。（他還提出了層面Ⅱ與層面Ⅳ，此處不討論。）要看層面Ⅰ與層面Ⅲ之間的相似性，就得考慮概念的性質(zhì)。如果某個(gè)事物會(huì)有兩種不同的結(jié)果，你只能看到其中之一，但是你能肯定另一種結(jié)果也已發(fā)生，或者是在一個(gè)巨大宇宙的某個(gè)方位，或者是在當(dāng)下的一個(gè)平行宇宙中。如果有足夠大的空間，其中充滿著物質(zhì)，在地球這里發(fā)生的事件也會(huì)在其他什么地方發(fā)生；有多少種變體，就會(huì)在多少不同的方位發(fā)生。

量子事件之所以不確定，是因?yàn)槲覀儗?duì)自己所處的方位還不確定。

比如說(shuō)，你在做一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)：將一個(gè)原子投向一對(duì)磁體，看見這個(gè)原子轉(zhuǎn)向較低或較高的磁體的概率各半。從多個(gè)世界觀的角度來(lái)看，你的實(shí)驗(yàn)室里有兩個(gè)交疊的世界，在其中的一個(gè)世界里，原子向上，在另一個(gè)世界里，原子向下。在宇宙學(xué)的多元宇宙中還有其他宇宙（或者我們這個(gè)宇宙的部分），在這種宇宙模型中形成了一對(duì)完全相同的地球，一個(gè)類人生物在進(jìn)行著相同的磁性實(shí)驗(yàn)，但是得到不同的結(jié)果。從數(shù)學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，這兩種情況是等同的。

多元宇宙的觀點(diǎn)不是人人都能接受的。這些概念仍然屬于試探性的，以此為背景，讓我們看一看會(huì)是個(gè)什么情況。實(shí)際上，這兩種多元宇宙可能不存在什么區(qū)別，這種多個(gè)世界的觀念可能與宇宙學(xué)的多元宇宙觀相同。如果看上去不同，那是因?yàn)槲覀儗?duì)現(xiàn)實(shí)的思考方法不一致。

斯坦福大學(xué)的物理學(xué)家列奧納德·蘇士侃在他2005年出版的《宇宙景觀》一書中提出這種等同性。他寫道：“埃弗雷特的多個(gè)世界觀起先看上去是一個(gè)與永恒膨脹的超大宇宙不同的概念；然而，我認(rèn)為這兩種觀點(diǎn)實(shí)際上可能是一回事?！?011年， 他與加州大學(xué)伯克利分校的物理學(xué)家拉斐爾·布索合撰了一篇論文，指出這兩者是一回事。他們認(rèn)為，要想搞清楚與量子力學(xué)相關(guān)的概率以及膠散現(xiàn)象，唯一的方法就是將多個(gè)世界的圖景運(yùn)用于宇宙學(xué)。他們聲稱，以此得出的

自然結(jié)果就是一個(gè)宇宙學(xué)意義上的多元宇宙。同一年，加州大學(xué)伯克利分校的野村康澤也發(fā)表了一篇論文，認(rèn)為自己的研究“是對(duì)量子測(cè)量過(guò)程和多元宇宙的完全一致的處理”。泰德馬克與加州大學(xué)圣克魯茲分校的安東尼·阿吉雷2012年合著的一篇論文也沿著類似的思路進(jìn)行討論，認(rèn)為量子多個(gè)世界不在地球這里，而在外層空間；量子波動(dòng)函數(shù)不描述“某些想象的時(shí)髦玩意兒，推測(cè)目標(biāo)物可能在哪里，而是描述存在于我們這個(gè)無(wú)盡空間的目標(biāo)相同的副本的現(xiàn)實(shí)空間集合”。

布索解釋說(shuō)，關(guān)鍵在于認(rèn)真思考你的視角。設(shè)想以上帝的視角來(lái)看多元宇宙，你會(huì)看到所有的可能性同時(shí)展現(xiàn)。沒有或然性，一切都肯定在某個(gè)方位發(fā)生。但是，從我們自己有限的視角出發(fā)，扎根于地球這顆行星，不同的事件就會(huì)展現(xiàn)不同的可能性。他說(shuō)：“我們換一個(gè)全球的圖景，所有事件都在某個(gè)地方發(fā)生了，可是沒人能夠全部看到；如果從局部看，你緊盯著一小塊，基本上能夠探索得到。”

將視線從全球轉(zhuǎn)向區(qū)域，我們必須將宇宙切分，原先無(wú)法測(cè)量的現(xiàn)在就不再成為問題。布索把能夠測(cè)量的部分稱為我們的“因果補(bǔ)丁”， 這是將會(huì)影響我們的所有因素的總和，不只是今天能夠觀察得到的宇宙，而且還有我們子子孫孫將會(huì)到達(dá)的空間區(qū)域。在心理上把我們的因果補(bǔ)丁從時(shí)空的其余部分切分，就能想出我們能夠進(jìn)行怎樣的觀察，其結(jié)果就是老掉牙的量子力學(xué)。

從這個(gè)視角出發(fā)，之所以量子事件不確定，是因?yàn)槲覀儗?duì)自己在這個(gè)多元宇宙中所處位置不夠確定所致。無(wú)盡的空間有無(wú)數(shù)造物看上去跟你很像，行為也很像，各個(gè)方面都很像?！都~約客》有一個(gè)經(jīng)典的卡通畫正中其要害：我們看見一群嘎嘎叫的企鵝，長(zhǎng)得一模一樣，聚集在一大塊冰上。其中的一只企鵝問：“咱們當(dāng)中的哪一位是我？”

這只可憐的企鵝可能蠻希望參考附近的浮冰畫個(gè)三角形，找出自己所處的位置，可是在多元宇宙中我們沒有這樣的參照點(diǎn)，所以我們永遠(yuǎn)也無(wú)法區(qū)別我們多元的自我。牛津大學(xué)的物理學(xué)家大衛(wèi)·多伊奇跟卡羅爾和泰德馬克一樣，堅(jiān)定地支持多個(gè)世界之說(shuō)，他在《現(xiàn)實(shí)的構(gòu)造》一書中寫道：“假設(shè)要問哪個(gè)相同的副本是我在物理學(xué)上有意義，就意味著假設(shè)在多元宇宙之外還有某

種參考框架，參照這個(gè)框架就能給出答案?！沂亲笃鸬牡谌弧墒鞘窃谑裁吹摹髠?cè)，‘第三指的是什么？”沒有“多元宇宙之外的視角”。

平行宇宙不在外層空間，而在我們自己時(shí)間軸的某處。

泰德馬克認(rèn)為，量子力學(xué)里的概率這個(gè)概念，其根本就是反映了“你不能在層次Ⅰ多元宇宙中給自己定位，即不知道你在整個(gè)空間無(wú)限多個(gè)拷貝當(dāng)中哪一個(gè)擁有自己的主觀認(rèn)識(shí)”。換句話說(shuō)，事件似乎具有或然性，因?yàn)槟愀静淮罂赡艽_定哪個(gè)你是你。因?yàn)闊o(wú)法確定一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)會(huì)以什么方式展現(xiàn)，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)可以所有方式展現(xiàn)；你簡(jiǎn)直不能確定哪個(gè)“你”將觀察到哪一種結(jié)果。

對(duì)布索來(lái)說(shuō)，這個(gè)方法在數(shù)學(xué)上已相當(dāng)成功，他不肯再去絞盡腦汁地思考如何解釋這些合并的多元宇宙更深層次的意義。他說(shuō)：“歸根結(jié)底，唯一最重要的事情是你的理論能預(yù)測(cè)到什么，與觀測(cè)結(jié)果相比如何；超出我們宇宙學(xué)視野的區(qū)域是觀察不到的，仍然無(wú)法了結(jié)的波動(dòng)函數(shù)的分支也一樣。無(wú)論如何，這都只是我們用來(lái)計(jì)算的工具而已。”

可是，這樣一種工具主義的物理理論觀對(duì)許多人來(lái)說(shuō)并不令人滿意。我們?nèi)匀幌胫肋@都意味著什么—實(shí)驗(yàn)室里刻度盤上的一個(gè)讀數(shù)會(huì)暴露無(wú)數(shù)個(gè)時(shí)空泡沫的存在。紐約州立大學(xué)的科學(xué)哲學(xué)家馬西莫·皮格留希說(shuō)：“如果你是在討論宇宙如何分裂，那么你最好給我解釋清楚到底是怎么一回事，而且發(fā)生在那些其他世界的什么具體方位?！?/p>

要想搞清楚多元宇宙種群之間的關(guān)系，我們常規(guī)的時(shí)空觀也許需要更新。如果多元宇宙既在外層空間那里也在我們的地球這里，也許就意味著我們“這里”和“那里”的范疇?zhēng)筒涣宋覀兪裁疵Α?/p>

近20年前，多伊奇在《現(xiàn)實(shí)的構(gòu)造》一書中提出，理解多元宇宙需要一種新的時(shí)間概念。在日常生活中，甚至在物理學(xué)中，我們把牛頓時(shí)間永動(dòng)這樣的概念預(yù)設(shè)為先決條件，多元宇宙通常被描述為時(shí)間上展現(xiàn)的一種結(jié)構(gòu)。實(shí)際上，時(shí)間并不流動(dòng)，我們也不是以某種神秘的方式穿過(guò)時(shí)間。時(shí)間是我們用來(lái)界定運(yùn)動(dòng)的手段，它本身是無(wú)法動(dòng)的。所以，多元宇宙不演變，而是僅僅存在。多伊奇這樣寫道：“多元宇宙沒有‘出生或‘死亡，這些術(shù)語(yǔ)是以時(shí)間流動(dòng)作為先決條件的?！?/p>

多伊奇認(rèn)為多元宇宙不在時(shí)間內(nèi)完結(jié)，而是時(shí)間在多元宇宙內(nèi)完結(jié)。他說(shuō)，其他時(shí)間只是其他宇宙的特例。（獨(dú)立研究者、物理學(xué)家朱利安·巴伯爾在他1999年出版的《時(shí)間的終結(jié)》一書中也探討了這個(gè)觀念。）多伊奇說(shuō)，有些這樣的其他宇宙與我們自己“現(xiàn)在” 這個(gè)宇宙極其近似，所以我們是在按照我們這個(gè)宇宙的一部分來(lái)講這個(gè)故事，而不是將其視為與我們分離的獨(dú)立宇宙來(lái)處理。對(duì)我們來(lái)說(shuō)，這些宇宙不在外層空間那里，而是在我們的時(shí)間軸上。正如我們無(wú)法一下子體驗(yàn)整個(gè)多元宇宙一樣，我們無(wú)法立馬體驗(yàn)時(shí)刻無(wú)盡的排列組合。我們的經(jīng)驗(yàn)反映了我們的視角是內(nèi)涵式的觀察者，居住在單個(gè)時(shí)刻之中。在從全局到局部的觀念轉(zhuǎn)變中，我們恢復(fù)了時(shí)間熟悉的外部標(biāo)志。

一個(gè)體系也許不僅僅存在于一個(gè)單一的空間，而是同時(shí)存在于多個(gè)空間，我們管這個(gè)體系叫多元宇宙。

多元宇宙或許也改變了我們的空間概念?？_爾問：“這個(gè)世界看上去為什么那么經(jīng)典？為什么有時(shí)空四個(gè)維度？”他在博客里討論合并宇宙問題，承認(rèn)埃弗雷特沒有回答那些問題，“但是給了你一個(gè)框架讓你來(lái)問這些問題”。

他及其他人相信空間不是根本現(xiàn)象，而是一種浮現(xiàn)的現(xiàn)象?？墒撬菑哪睦锔‖F(xiàn)的呢？實(shí)際上存在的是什么種類的“東西”？對(duì)卡羅爾來(lái)說(shuō)，埃弗雷特圖景為這個(gè)問題提供了一個(gè)極其簡(jiǎn)單的答案。他說(shuō)：“這個(gè)世界是個(gè)波動(dòng)函數(shù)，是希爾伯特空間元素，就這么回事?！?/p>

希爾伯特空間是與量子波動(dòng)函數(shù)相關(guān)的數(shù)學(xué)空間，是對(duì)一個(gè)系統(tǒng)所有可能狀態(tài)的抽象表述，有點(diǎn)兒像歐幾里得正則空間，但是有一個(gè)維度變量，這個(gè)變量取決于該系統(tǒng)允許有多少狀態(tài)。一個(gè)量子位（量子計(jì)算機(jī)里的基本數(shù)據(jù)，可以是0或1，或者是0和1的某種結(jié)合）有二維希爾伯特空間，像位置或速度這樣的連續(xù)量與無(wú)限維希爾伯特空間相符。

通常，物理學(xué)家從現(xiàn)實(shí)空間體系入手推斷其希爾伯特空間，但是卡羅爾認(rèn)為這個(gè)過(guò)程可以倒過(guò)來(lái)。想象宇宙所有可能的狀態(tài)，推測(cè)該體系會(huì)在哪類空間存在（如果會(huì)在空間存在的話）。該體系不會(huì)存在于某個(gè)單一的空間，而是同時(shí)存在于多個(gè)空間，我們將其稱為多元宇宙?？_爾說(shuō)，這個(gè)觀點(diǎn)“正合時(shí)空浮現(xiàn)的觀念，天衣無(wú)縫?！?/p>

有些人，尤其是哲學(xué)家，對(duì)這個(gè)方法持回避態(tài)度。希爾伯特空間也許是一個(gè)完全合法的數(shù)學(xué)工具，但是這并不意味著我們就生活在其中。對(duì)多個(gè)世界觀持強(qiáng)烈支持態(tài)度的華萊士說(shuō)，希爾伯特空間并非實(shí)際存在的結(jié)構(gòu)，而是一種方式，用來(lái)描述現(xiàn)實(shí)物理素材，弦也罷，粒子也罷，場(chǎng)也罷，或者最終構(gòu)造宇宙的任何東西。他說(shuō)：“我們生存在希爾伯特空間有一種比喻的味道，但也許不是實(shí)際存在?！?/p>

休· 埃弗雷特沒能來(lái)得及目睹他這個(gè)版本的量子力學(xué)復(fù)興。1982年他死于心臟病，年僅51歲。他是一位堅(jiān)定的無(wú)神論者，確信最終會(huì)這樣。他的妻子遵照他的遺愿將他的骨灰當(dāng)垃圾倒掉。然而，他的信息最終會(huì)生根發(fā)芽，可以概括為8個(gè)字：把量子力學(xué)當(dāng)回事。如果我們照著去做，就會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)世界的確比我們想象的要大而且豐富。奇了！就像伏爾泰的蠶只看見自己的繭一樣，我們只看見多元宇宙的一角?？墒嵌嗵澃８ダ滋丶捌渥冯S者，我們也會(huì)從“天地相接”的那個(gè)水晶殼的縫隙里鉆過(guò)去，瞧一瞧下那邊有些什么。