連物理學家都不喜歡多重宇宙

（本文由 Nautilus 授權轉載，瑪雅藍/譯）「你對多重宇宙有什麼感覺？」在我們的晚餐談話中，這個問題並非不合時宜，但它卻問得我完全措手不及。不是沒人問過我關於多重宇宙的問題，但是解釋一個理論構造，和表達自己對此的感受，這還是挺不一樣的。我能搬出所有的標準論證，列出多重理論所能解開的一個個謎團；我能在事實與術語之間穿梭自如，但說到它的意義，我卻語塞了。

在物理學中，我們不該談論自己的感受。這是一門實事求是的、量化的、經驗主義的科學。但是，哪怕是最為公正客觀的分析，也是在我們決定選擇哪條路徑之後才開始的。當一片領域誕生之時，往往會有多個觀點供我們考慮，每個都有其優勢，而我們的直覺往往被其中一個吸引。感情戰勝了邏輯，引導我們作出了這個選擇。正如斯坦福大學的物理學家萊納德·索斯金德（Leonard Susskind）所說，你選擇哪個方向「不僅僅和科學事實和哲學原則有關，還與所謂的科學品位有關。而且，就像所有關於品位的爭論一樣，它也涉及人的審美」。

無限的星系：草帽星系這樣的星系填滿了我們目光所及的空間，並且它們可能還存在於更遠的地方。圖片來源：NASA/ESA and The Hubble Heritage Team（STScI/AURA）

我自己的研究與弦論有關，而弦論的一個特徵觀點就是在我們的宇宙之外，還存在許多邏輯上一致的宇宙版本。創造我們的宇宙的過程，也能把其他的可能性化為現實，創造出其他無數個宇宙，在那些宇宙中任何可能發生的事情都會發生。論證的鏈條從我熟悉的地方開始，隨著方程不斷展開，奔向這個奇特的結論，我也能跟上那令人眼花繚亂的過程。但是，雖說我能把這個「多重宇宙」當成一種數學上的構造來理解，但是我無法真的相信它會脫離理論的範疇，在物理現實中現身。無數個複製版的我可能在無數個平行世界中遊盪，作出一個個與我相同或者不同的決策——我怎麼能假裝坦然接受這一事實呢？

我不是唯一一個感到舉棋不定的人。多重宇宙理論一直備受爭議，它仍然是今天的頂尖科學家之間的巨大分歧來源。關於多重宇宙的辯論並非針對理論的具體細節，而是一場關於身份和後果的戰爭，它涉及一個解釋該由什麼構成，什麼才算得上是證據，我們如何定義科學，以及這一切是否有意義。

「我們在哪裡」會影響「我們是誰」

每次我提到多重宇宙，都會不可避免地遇到一些問題，而其中一個我正好知道答案。無論我們是生活在一個宇宙里，還是多重宇宙里，這些分類所涉及的尺度都太大了，甚至超越了想像力。不管結果怎麼樣，我們的生活都不會以某種方式發生改變。那麼，它有什麼意義呢？

它的意義在於，「我們在哪裡」會影響「我們是誰」。不同的地點會引發不同的反應，產生不同的可能；同一個物體在不同的背景之前看起來可能截然不同。我們被自己所處的環境塑造，環境的影響或許比我們意識到的更大。而宇宙是一個終極背景。宇宙包含了每一個舞台，每一個能讓我們感受存在的情境；它囊括了所有的可能，它是我們所能成為的一切之和。

測量只有在有參照物的時候才有意義。數字顯然是抽象的，除非它與物理單位相結合。但是，即使是模糊的評價，比如「太遠」、「太小」和「太奇怪」，都暗含了一個參照系統。太遠表示存在一個起點；太小暗指著一個標尺；太奇怪暗示了一個情境。物理單位總需要被明確說明，但是假象中的參考系極少被具體描述。然而，我們賦予物品、現象、經歷等事物的價值，卻都被這些看不見的坐標軸所測量。

如果我們發現，我們所知道和所能知道的一切不過是多重宇宙中的一個口袋，我們建立在坐標系中的整個基礎都會發生偏移。觀察到的現象不會有什麼變化，但是它帶來的暗示卻會有。其他宇宙泡泡的存在可能不會影響我們在此地的測量儀器上的數字，卻能對我們詮釋測量結果的方式造成極大的影響。

人之於宇宙的渺小

多重宇宙給你的第一個震撼，就是它的無限。它比人類所應對過的任何事物都要龐大，這種誇張從它的名字里就能看出來。如果多重宇宙引發的情緒反應來自於感到渺小，這可以理解。不過，多重宇宙的規模似乎是它最沒有爭議的一個特徵。

歐洲核子研究所的理論組組長吉安·朱迪切（Gian Guidice）說，只需看一眼星空，就能理解我們的位置。他的觀點代表了大多數的物理學家的看法：我們已經知道了自己的尺度。他說，如果多重宇宙最終得到證實，那麼「我面對宇宙的浩渺，這個問題不會有什麼改變」。實際上，很多人在宇宙的視角中找到了撫慰。和宇宙的尺度相比，我們所有的煩惱，日常生活中所有的雞毛蒜皮，都一下子變得渺小了，用物理學家、作家勞倫斯·克勞斯（Lawrence Krauss）的話說，彷彿「這裡發生的一切都無關緊要」。他說：「我在這裡找到了巨大的慰藉。」

從哈勃太空望遠鏡傳回的震撼人心的照片，到奧克塔維奧·帕斯描寫「廣闊的夜」的詩歌，再到蒙提派森的《銀河之歌》，其中的浪漫都來自於我們的小人國視角。在人類歷史上的某個時間點，我們似乎已經坦然接受了自己的無限渺小。

行星狀星雲NGC 5189。圖片來源：NASA

無法觀測與實驗的多元宇宙

如果不是因為對規模的恐懼，那我們對多重宇宙的觀念感到抗拒，會不會是因為它包含了我們看不見的世界，並且似乎註定保持這種狀態？這確實是我常常從同事們那裡聽到的一種抱怨。南非物理學家喬治·埃利斯（George Ellis，強烈反對多重宇宙）曾經和英國宇宙學家伯納德·卡爾（Bernard Carr，一個同樣強烈的支持者）探討過這些問題，他們的對話非常有意思。卡爾認為他們的根本分歧在於「科學的哪些特徵應該被視為神聖不可侵犯的」。傳統上的基準是實驗。對比觀察也是一個可接受的替代選擇——天文學家無法操縱星系，但可以觀察數百萬不同形態、處於不同階段的星系。這兩種方式都不適用於多重宇宙，那麼，它是否處在科學的領域之外？

弦論創始人之一索斯金德給了我們一點安慰。在經驗科學中還有第三種方式：通過我們能看到的事物，來推斷看不到的物體和現象。我們不需要到因果關係斷裂的不同時空區域中尋找案例——亞原子粒子就夠了。比如，夸克始終互相結合，形成質子、中子和其他複合粒子。索斯金德說：「夸克可以說是隱藏在一幅面紗後面。但是直到目前，儘管從未觀察到孤立的夸克，沒有人質疑夸克理論的正確性。這是現代物理學基礎的一部分。」

由於宇宙正在加速膨脹，目前處在我們視界邊沿的星系很快就會被推出邊界。我們不認為它們會就此湮沒，正如我們不認為當輪船駛出了地平線就會解體一樣。如果我們所知的星系能夠存在於視線之外某個遙遠的地方，那麼誰能保證那裡不會有別的什麼東西？或許那裡有著我們從未見過、將來也不可能目睹的東西呢？我們的視界是有限的，一旦承認了這樣的可能，其意義將指數增長。英國皇家天文學家馬丁·里斯（Martin Rees）將這個論證比喻為心理治療里的厭惡療法。當你承認在我們目前的視界之外還存在著星系，就相當於「開始接受遠處的一隻小蜘蛛」；隨後，在你還沒意識到的時候，你已經打開了多重宇宙的可能——其中包含著無數個世界，可能和你的世界大不相同，這就像「一隻捕鳥蛛在你身上爬來爬去」。

無論如何，在我心目中，缺乏直接操控事物的能力並不妨礙它成為一個好的物理學理論。不管多重宇宙到底為什麼令我感到困擾，我能肯定不是這個原因。

無數個「我們」

多重理論還對我們最珍視的一個信念發起了挑戰，那就是獨特性。這會是問題的根源嗎？美國塔夫茨大學的宇宙學家亞歷山大·懷倫金（Alexander Vilenkin）解釋說，無論我們的可觀測區域有多大，只要它是有限的，那麼它就只能處在有限數量的量子態中；指明這些狀態，也就唯一地決定了區域中的內容。但如果存在無限個這樣的區域，那麼同樣的構造必然會在其他地方重現。我們所在的世界會被複制，哪怕是最微小的細節。由於這一過程可延續至無限，那麼最終會存在我們的無數個副本，而非僅此一個。

一切可能發生的事情都會發生：在多重宇宙中，概率就是事實。圖為用多次曝光拍攝的芭蕾舞演員馬格·方登（Margot Fonteyn）。圖片來源：Hulton Archive/Getty Images

懷倫金說：「我確實覺得這些副本的存在令人沮喪。我們的文明或許有很多缺陷，但至少我們能宣稱它是獨一無二的，就像一件藝術品。但現在我們不能這麼說了。」我明白它的意思。這也讓我感到困擾，但我不確定它是否觸發了我內心深處的厭惡。懷倫汀似乎還抱著一絲希望：「我還沒有冒昧到要告訴現實它應該是什麼樣子。」

隨機還是暗含邏輯？——多重宇宙提供了解答

爭論的關鍵（至少對我而言）在於一個奇怪的諷刺。儘管多重宇宙擴展了我們對物理現實的了解，將其延伸至一個幾乎無法想像的領域，但它對我們的知識和獲取知識的能力划下了一個外在的界限，這讓人產生了幽閉恐懼般的感覺。我們理論物理學家夢想著一個沒有任意性的世界，其中所有的方程都完全自包含（self-contained）。我們的目標是找到一個理論，它邏輯極度完備，嚴格自洽，因而只存在這唯一的形式。最後，即使我們不知道這個理論怎麼來的，也不清楚為什麼，至少它的結構看起來不是隨機的。用加州大學伯克利分校的物理學家拉斐爾·布索（Raphael Bousso）的話說，大自然中所有的基本常數都應該源於「數學、π和2」。

這就是愛因斯坦廣義相對論的誘惑——全世界的物理學家都讚美它的卓越而恆久的美麗。高度的對稱主宰了這些方程，使這個理論看起來是必然如此、別無選擇。這就是我們想在物理學其他領域複製的東西。而目前為止，我們都失敗了。

幾十年來，科學家都在尋找基本常數為何如此取值的物理學原因，但一個都沒找到。實際上，如果我們應用目前的理論去猜測一些參數的值，答案會和實際測量結果相去甚遠，簡直荒唐可笑。但是，我們要怎麼解釋這些參數？如果只存在這個唯一的宇宙，那些決定其設計的參數就被賦予了特殊意義。要麼決定參數的過程完全是隨機的，要麼就是這些選擇後面存在著某種邏輯，甚至某種設計。

這兩個選項都沒什麼吸引力。作為科學家，我們窮極一生尋找法則，因為我們相信事物的發生必定有其原因，哪怕我們不理解它；我們尋找規律，因為我們認為宇宙存在某種秩序，即使我們看不見它。純粹、隨機的偶然並不符合這樣的世界觀。

但是，設計的理念也不怎麼受歡迎，因為它引進了一個凌駕於自然法則之上的代理人。代理人必須進行選擇和判斷，而在缺乏像廣義相對論那樣嚴謹、完美平衡、嚴格自洽的結構的情況下，選擇和判斷必然是武斷的。存在多個邏輯上可能的宇宙，而我們只能意識到其中之一，這個觀點令人本能地感到不快。如果這就是事實，那麼正如宇宙學家丹尼斯·夏馬（Dennis Sciama）所說的，你必然會想到，「有個什麼人正看著這個清單，說，『好吧，這個不要，那個也不要。我們就要這個好了，就這一個』。」

對我個人來說，這個場景和它隱含的種種可能讓我感到悲傷。我腦海中閃現著一些模糊而支離破碎的畫面：在某部被遺忘的電影中，孤兒院里有一群孤苦伶仃的孩子，而只有其中一人被收養了；那些熱切追尋夢想卻未能成功的人的面孔；那些在妊娠早期流產的胎兒。這些事物是多麼不甘啊，它們差一點就能成為現實，然而卻沒有。除非存在一個理論限制，排除其他所有的可能，只留下一個，否則這個選擇就顯得殘酷而不公平。

在這樣一個精心的創造中，我們要如何解釋無謂的苦難？由於這樣的哲學、倫理和道德顧慮都不在物理學的範圍內，大多數科學家拒絕對此作出評論，但諾貝爾獎得主史蒂芬·溫伯格（Steven Weinberg）直言不諱地說：「我們的生活是否顯示出某個仁慈的設計者的存在，這是一個你要為自己回答的問題。我的生活非常愉快，但即便如此，我也目睹了母親痛苦地死於癌症，父親的人格被阿爾茨海默綜合症摧毀，幾十位遠房表親們在納粹大屠殺中喪生。仁慈的設計者可隱藏得真好。」

在痛苦面前，相比認為痛苦來自一個精心建構的宇宙的無情漠視，甚至是處心積慮的惡意，隨機因素要容易接受得多。

多重宇宙保證將我們從這些糟糕的想法中解救出來，它為這道兩難選擇提供了第三種解釋。

「唯一解根本不存在」

物理學家肯定不是為這個原因才發明了多重宇宙。多重宇宙產生於其他的思想。宇宙膨脹理論曾經致力於解釋我們所見的宇宙為何如此廣闊、光滑和平坦。斯坦福大學的物理學家安德雷·林德（Andrei Linde）說：「當時我們只是在尋找一個簡單的解釋，來說明宇宙為什麼看起來像個大氣球。我們並不知道自己還鼓搗出了其他東西。」這裡的「其他東西」，就是意識到我們的大爆炸不是唯一的，實際上應該存在無數個大爆炸，每個大爆炸都製造出一塊孤立的時空。

隨後，弦論出現了。弦論是目前候選的萬物之理中最有力的競爭者，它不僅完成了協調萬有引力和量子力學這項不可能的任務，而且還要求二者必須能協調。但是，儘管弦論將宇宙中千變萬化的事物濃縮成一套最小的組成模塊，它卻面臨一個尷尬的問題：我們不知道如何確定宇宙中一些基本常數的值。目前的估算結果大約有10^500個可能選項——這個數字實在是無邊無際，我們甚至沒有一個名字來稱呼它。弦論列出了物理學定律所有可能的形式，而宇宙暴脹提供了讓它們得以實現的一種方式。每當一個新的宇宙誕生，就有一疊想像中的撲克牌被重新洗牌，洗出來的牌局就決定了主宰宇宙的定律。

多重宇宙解釋了方程中的那些常數為什麼是這個值，並且不涉及隨機過程或者有意識的設計。如果存在大量的宇宙，包含著所有可能的物理定律，那麼我們之所以測得常數是某個值，是因為我們的宇宙就是如此。沒有更深入的解釋，這就是答案。

星系之外：這個不起眼的斑點就是星系團阿貝爾2029（Abell 2029），同時用可見光和紫外線拍攝。這樣的星系團是我們的宇宙中最大的結構。圖片來源：NASA/Chandra X-ray Center/IoA

但是，儘管多重宇宙將我們從過去的二難選擇中解放出來，它也造成了強烈的不適感。我們花了那麼長時間苦苦思索的問題，可能答案就只有這麼簡單而已：它就是這樣。這可能是我們所能得到的最好的結果，但它不是我們習慣的那種答案。它不僅沒有掀開面紗，沒有解釋事物的運作方式，反而摧毀了理論物理學家的夢想：聲明我們永遠無法找到唯一解，因為唯一解根本不存在。

有人不喜歡這個答案，還有人甚至認為它不算是一個答案，但也有人坦然接受。

對於諾貝爾獎得主大衛·格羅斯（David Gross）來說，多重宇宙「有著天使的氣味」。他說，接受多重宇宙意味著舉手投降，接受自己永遠無法理解任何事物，因為無論你看到了什麼，都可以歸因於一次「歷史的偶然」。同為諾獎得主的傑拉德·特·胡夫特（Gerard 』t Hooft）抱怨說，他無法接受這麼一個場景：你得「嘗試所有的選項，直到找到一個宇宙，看起來就像我們所生活的世界」。他還說：「這不是物理學過去為我們工作的方式，不過現在我們還有一絲希望，但願我們將來能找到更好的論證。」

美國普林斯頓大學的宇宙學家保羅·斯泰恩哈特（Paul Steinhardt）將多重宇宙稱為「任意之理」（Theory of Anything），因為它容許任何事情的發生，卻什麼都沒有解釋。他說：「一個科學理論應該是挑剔的，它的力量取決於它所排除的可能性的數量。如果它包含了每一種可能，那就什麼都沒有排除，也就是說它的力量為零。」施泰恩哈特曾是宇宙暴脹理論的領軍人物之一，但後來他意識到這個理論自然催生了多重宇宙，它不僅沒有給出具體的預測，反而打開了一個充滿可能的空間，於是他從此變成了暴脹理論激烈的批判者。在最近一期的《明星講壇》（Star Talk）中，他自稱是一個多重宇宙替代理論的支持者。主持人打趣說：「多重宇宙到底對你做了什麼？」施泰恩哈特回答：「它毀掉了我最喜歡的一個想法。」

物理學本來應該是真理、絕對和預言的領土。事物要麼存在，要麼不存在。理論不該是有彈性或兼容並蓄的，而應該有限制、嚴格、冷酷無情。你希望能根據一個給定條件預測出可能的結果，並且在理想情況下，這個結果應該是唯一且不可避免的。而多重宇宙完全不滿足這些條件。

多重宇宙更像一把鑰匙

針對多重宇宙的辯論有時會變得非常激烈，懷疑者指責支持者背叛了科學。但是我們要認識到，沒人是自願選擇了這個理論。這點非常重要。我們都想要一個牢牢根植於某個美妙的原則並據此自然發展的宇宙。但從我們目前所了解的看來，那不是我們所得到的宇宙。是什麼就是什麼。

支持多重宇宙的論點一定要是負面的嗎？多重宇宙只能是一個不得不退而求其次的選項嗎？我的許多同事都試圖將多重宇宙擺在一個更有希望的位置上。從邏輯的角度，無數個宇宙比一個單一的宇宙更簡單，要解釋的東西更少。正如夏馬所說的，多重宇宙「在某種程度上滿足了奧卡姆剃刀理論，因為你希望將宇宙的隨機性最小化」。溫伯格說，一個不包含隨意的猜測、並且從未「被精心修飾，以符合觀測結果」的理論，本身就是美的。他說，也許我們從中找到的美就如同熱力學一樣，是一種統計學上的美，它解釋了宏觀系統的狀態，而不是每一個個體組成部分的狀態。溫伯格說：「你尋找美，但你事先無法確定將在哪裡發現美，也無法確定你將找到什麼樣的美。」

好幾次，當我苦苦思索這些艱深的問題，我想起了安托萬·德·聖埃克蘇佩里簡單而迷人的智慧。他筆下的小王子曾認為心愛的玫瑰在世界上是獨一無二的，直到他來到一個玫瑰園為止。他對這樣的背叛感到困惑，又因為感到他的玫瑰和他自己都失去了意義而悲傷，不禁淚流滿面。最終，他意識到他的玫瑰「比其他成百上千朵玫瑰都重要」，因為她是他的玫瑰。

我們的整個宇宙也許沒什麼特別，除了它是我們的宇宙之外。但這還不夠嗎？即使我們的整個生命，我們所能知道的一切的總和，最終在宇宙的層面上都不重要，它們仍然屬於我們。此時此地，屬於我，這就產生了差異。畢竟意義是我們賦予的。

在過去幾個月里，我多次回想起和吉安·朱迪切的對話。我發現，他一點都不為可能存在著大量的宇宙而困擾，也不為我們作出的貌似隨意的選擇而憂慮，這令我感到安心。他說，多重宇宙可能只是告訴我們，我們關心的問題錯了。也許我們在嘗試從數字中讀出比實際更深的意義，就像開普勒對行星軌道所做的那樣。

由於開普勒只知道太陽系，他認為行星軌道的形狀和它們與太陽之間的不同距離一定攜帶了重要的信息，然而事實並非如此。這些數字不是基本的，它們不過是一些環境參數。在當時看來，這個事實也許很可悲；但站在廣義相對論的有利位置回顧這一切，我們不再有任何的失落感。我們有了對萬有引力的優美描述，而在這個描述中，行星軌道的值恰好不是什麼基本常數。

朱迪切說，也許多重宇宙也有某種相似的意味。也許我們需要放下我們過於堅持的一些東西，需要打開思路，重新聚焦、重組、重新規劃我們對大自然的問題。他說，多重宇宙有可能開啟「一些極其令人滿意、啟迪思維的可能」。

在我所知的所有支持多重宇宙的言論中，這一個最吸引我。在每一個場景，對每一個物理系統，我們都能拋出無限多的問題。我們希望將一個議題抽絲剝繭，追本溯源，提出最基本的問題，但我們的直覺來自於先前的經驗，而完全有可能，我們使用的套路已經不再適用於正在探索的新領域。

多重宇宙不像一扇關閉的門，而更像是一把鑰匙。對我來說，世界如同一片應許之地，充滿了可能。它似乎並不比一片玫瑰盛開的樹蔭更浪費。（編輯：Ent）

本文由Nautilus授權果殼網（guokr.com）編譯發表，嚴禁轉載。

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