多重的多元宇宙也許是同一回事

1、多重的多元宇宙也許是同一回事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(méi)怎么聽(tīng)說(shuō) 過(guò)，可是這幅畫(huà)你一定見(jiàn)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(shù)木的不同場(chǎng)景， 周?chē)型该鞯耐鈿?，上面點(diǎn)綴著無(wú)數(shù)星星?？拷莻€(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(mǎn)了光、虹與火。這幅畫(huà)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(shū)中的插圖，原作是黑白畫(huà)，現(xiàn)在彩圖到處可見(jiàn)。他 注意到，天空看上去是個(gè)圓頂，上面綴滿(mǎn)了天體，可是印象 往往能蒙騙人。弗拉馬利翁這樣寫(xiě)道： “在我們祖先的想象

2、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(lèi)尋求知識(shí)的象征，但是我還 是想從畫(huà)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(jiàn)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

3、，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(jué)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(shū)中這樣寫(xiě)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

4、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(lèi)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

5、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?？墒牵绻邮苷{(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(méi) 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

6、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。 卡羅爾發(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） ?！甭槭±砉W(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(shū)，描

7、述了幾個(gè) “層面”的宇宙。層面指的就是我們自己這個(gè)宇宙非常遙 遠(yuǎn)的區(qū)域，層面是量子的多個(gè)世界。 （他還提出了層面 與層面，此處不討論。 ）要看層面與層面之間的相似 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(mǎn)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(jiàn)這個(gè)原子轉(zhuǎn)向較低或較高

8、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) ?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(lèi)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

9、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(shū)中提出這種等同性。他寫(xiě)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(chēng)，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

10、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(lèi)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(méi) 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(méi)人能夠全部看到；如果從

11、局 部看，你緊盯著一小塊，基本上能夠探索得到。 ”將視線(xiàn)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(wèn)題。布索把能夠測(cè)量的部分稱(chēng)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?對(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。紐約客有一個(gè)經(jīng)典的卡通畫(huà)正中其要害：我們看

12、見(jiàn) 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(wèn)： “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(huà)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(méi)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(shū)中寫(xiě)道：“假 設(shè)要問(wèn)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。 我是左起 的第三位 , '可是是在什么的左側(cè)' ，第三'指的是什 么？”沒(méi)有“多元宇

13、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(huà)說(shuō)，事件似乎具有或然性，因?yàn)槟愀静淮?可能確定哪個(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；

14、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(mǎn)意。我們?nèi)匀幌胫肋@都意味著什么實(shí)驗(yàn)室里刻 度盤(pán)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。 ”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 幫不了

15、我們什么忙。近 20 年前，多伊奇在現(xiàn)實(shí)的構(gòu)造一書(shū)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(xiě)道： “多元 宇宙沒(méi)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?！倍嘁疗嬲J(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

16、 ?巴伯爾在他 1999 年出版的時(shí)間 的終結(jié)一書(shū)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

17、元宇宙或許也改變了我們的空間概念。 卡羅爾問(wèn)：“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(wèn)題，承認(rèn)埃弗雷特沒(méi)有回答那些 問(wèn)題，“但是給了你一個(gè)框架讓你來(lái)問(wèn)這些問(wèn)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(lèi)的 “東西”？對(duì)卡羅爾來(lái)說(shuō)，埃弗雷特圖景為這個(gè)問(wèn)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。 ”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

18、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 ?W 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(lèi)空間存在（如果會(huì)在空間 存在的話(huà)）。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(chēng)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。 ”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。