平行宇宙：科学？還是科幻？
（图片来源：孩子：ASTRONOMY: WILLIAM ZUBACK）
繫緊安全帶—我們就要離開我們的宇宙，進入平行的時空探索。
我們不僅將要探討時下流行的多重宇宙理論——
理論學家認為我們的宇宙只不過是無限時空中的滄海一粟；
還將看看為什麼有些物理學家視這些理論為科學的威脅。
很少有科學家質疑宇宙的視界（我們所能看到的最遠的地方）
之外還存在著許多物質。
最遠的天體——目前距離我們400億光年遠的星系——
發出的光需要130多億年的時間才能傳播到地球。
沒有理由認為，在那個目力所及的最遠邊界僅僅是不再有星系。
更何況，強有力的證據表明，在大尺度上看，時空是平坦的。
這意味著，宇宙的廣大部分位於視界之外，
只不過那裡的物質以光的速度退行著。
實際上，許多宇宙學家認為，包羅萬象的宇宙可能無邊無際，
因此，也會生出無窮多個星系。（我們稍後將回來討論“無窮”這個話題。）
對於那些自身發出的光永遠傳不到地球的天體，我們永遠也無法看到它們。
因此，我們可以把那一部分宇宙視為一個獨立的宇宙。
從邏輯上講，那個宇宙與我們的宇宙遵循同樣的物理定律。
這是最簡單的多重宇宙論。
美國麻省理工學院（簡稱MIT）著名的物理學家Max Tegmark說：
“如果把宇宙定義為我們能看到的所有東西，我就敢下大賭注說，
平行宇宙一定存在。”
宇宙中有許許多多星系、恒星和行星，
我們是永遠無法知曉它們的存在的。
在坦然接受了這一點後，多重宇宙聽上去也就不那麼古怪了。
有些人只是簡單地把那片廣闊的“宇宙的其餘部分”貼上多重宇宙的標籤。
理由很簡單：既有他們，也有我們。
幾乎所有的天文學家對此都沒有異議。
由左至右：暴漲：我們的宇 宙加速膨脹；輻射與物質形成；
輻射與物質退藕：暗物質結團，形成宇宙網狀結構；
輻射與物質分離：質子與電子結合成原子。
光子在空間中自由穿行，成為宇宙微 波背景輻射。
黑暗時期：原子感受到宇宙暗物質網狀結構的引力作用。
第一批恒星形成：在網狀結構的節點（密度最高的地方）上形成恒星和星系；
星系演化；今天的宇宙。
（圖片來源：ASTRONOMY: ROEN KELLY, AFTER ESA; 星系圖像：NASA/ESA/HUBBLE HERITAGE (STScl/AURA)）
現代多重宇宙論
但是，當我們深究幾個主要的多重宇宙論時，
有爭議的和詭異的東西就冒出來了。
十多年來，它們引起了大家的關注和興趣。
這些理論的勝出者都是類似史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）、
Michio Kaku、Brian Greene和Tegmark這樣的著名理論學家與科學明星。
現代多重宇宙論
1979年，MIT的Alan Guth首先提出暴漲理論，描述我們的宇宙在誕生伊始如何飛快地膨脹。後來，Guth也支持斯坦福大學的理論學家Andrei Linde提出的修訂版暴漲理論——混沌暴漲。
該理論認為，在宇宙無休止地瘋狂膨脹時，
各式各樣的暴漲空間也隨之出現。
雖然每個空間都置身於同一個宇宙裡面，但它們的膨脹速度過快，
以至於生活在其中的人們永遠也無法知道另一個空間的情況。
“有些空間的物理定律也許與我們的不同，”Linde說。
“因此，可以說，我們的宇宙實際上成了一個多重宇宙——
一個囊括了形形色色’宇宙’的、巨大的、不停增長的分形結構體。”
沒有人能夠在這些宇宙泡泡（我們的宇宙就是其中一個泡泡）之間穿梭往來。因此，獨立的宇宙有無窮多個。
2014年，憑藉他們的暴漲研究工作，Guth、Linde
與同為創始人的Alexei Starobinsky分享了科維理天體物理學獎
（Kavli Prize）的一百萬獎金，甚至還得到了美國總統歐巴馬的接見。
不和諧的弦
另一種多重宇宙論與弦論有關。
理論學家把微小的弦與多維空間假說聯繫在一起，
原本是為了解釋四種基本相互作用力——
引力、電磁力、強相互作用和弱相互作用——和粒子物理標準模型。
這個理論沒有取得成功。除了缺乏多維空間存在的證據，
該理論既沒有預言宇宙的產生，也無法解釋宇宙為何加速膨脹。
因此，相信它的人越來越少。
但是，它的確“預言”出存在10的500次方種不同物質世界的可能性。
這個預言本身就帶有一種模模糊糊的無用性。
弦論與多世界詮釋
還有一種十分與眾不同的多重宇宙論——
基於量子理論的多世界詮釋（簡稱MWI）。
早在80多年前，科學家們就已知道觀測行為可以改變實驗的結果。
究竟為什麼會如此呢？或者進一步說，當一個電子遇到岔路口時，
它為什麼選擇走這條路，而不是另外一條呢？
MWI理論——少數派理論中的主流理論——
認為，每一個自然的選擇都會產生一個獨立的宇宙。
這個宇宙與其它宇宙彼此分隔，並且一直分隔下去。
如果你在岔路口選擇向左、而不是向右轉，
就會產生另一個向右轉的“你”。
這個全新的宇宙會永遠銘記這一點。
除了自身所在的這個宇宙，你永遠意識不到其它宇宙的存在。
對其他的“你”來說，也是如此。
甚至，當一片葉子落在這裡、而不是幾英寸遠的那裡時，
也會有獨立的宇宙隨之產生。
因此，許多個世界裡的多重宇宙的數目瘋狂地增加著。
數學讓理論真實
接下來，讓我們看看數學宇宙假說
（mathematical universe hypothesis）。
這個理論也被稱為終極體系。
這個多重宇宙包括了數學上的所有可能。
該理論得到了像Tegmark這樣，認為數學絕不是人類的概念工具，
而是宇宙的基本所在的人的擁護。
按照這個觀點，所有數學上成立的事物，
在其自身所在的獨立宇宙中也都確實會發生。
完美的方程，數學模型
人擇原理則為多重宇宙的存在提供了更多依據。
這個理論認為，雖然我們的宇宙在許多方面看都很簡單，
卻也包含了數十個對生命的存在至關重要的物理常數。
如果控制電磁力強度的精細結構常數值稍有不同，
又或者強相互作用、或者引力的強度稍稍減弱，
便不會有原子，也就不會有恒星，生命的形成更無從談起。
我們的宇宙是一個經過精細微調、有利於生命形成的宇宙。
對此，科學一定會問一句為什麼。
是否存在無窮多個隨機宇宙，並且其中的絕大多數都沒有生命形成？
通過論證這個問題，多重宇宙論的擁護者們可以說，
“看見沒有？從整體看，並沒有什麼特別的事發生。
多重宇宙囊括了各式各樣的宇宙，
我們恰好生活在其中一個有利於生命形成的宇宙中。”
這個說法讓我們這個與眾不同的宇宙看起來也不那麼特別了。
還有其它許多種多重宇宙論，不過，
想必你也已經明白大致是怎麼一回事了。
這些理論都激動人心，因為它們揭示出各種驚人的可能性，
使整個宇宙看起來比我們認為的要廣闊多了。
無窮多個你
說到“廣袤無垠”，讓我們回過頭來再談談“無窮”這個概念，
它在多重宇宙論中居於顯著的地位。
如果多重宇宙真的存在，那麼，
肯定存在著與我們的宇宙類似的另一個宇宙，
在其中一個“地球”上生活著另外一個”你”。
畢竟，無窮意味著沒有止境。
Guth堅持認為，多重宇宙論會導致這樣的結論：
“任何能發生的事都會發生——而且還會發生無窮多次”。
因此，存在著另外一個“你”，和你一樣，穿同樣的襪子參加舞會，
其中一隻襪子還破了一個洞。
同你一樣，那個“你”也養了一隻貓，
連貓身上的花紋都同你的貓一模一樣。
無窮意味著，與你一樣補過齲齒的“你”不止一個。
你的拷貝多得數也數不清。
同時，也存在著無窮多與你個性完全相反的“你”。
他們之中沒有一個人像你一樣不及時清洗水池裡的髒杯子。
感覺有點不對勁？令人欣慰的是，
科學界最近又興起了一股“反無窮”的趨勢。
去年，兩位著名的理論學家——
數學家George Ellis和物理學家Joseph Silk在《自然》雜誌上寫了一篇社論，
提醒宇宙學家留意數學家David Hilbert（已於1943年去世）的警告。
兩位元科學家認為，“雖然數學需要無窮，
在實際的宇宙中無窮卻沒有立足之地。”
總之，無論多重宇宙論是基於弦論、暴漲理論、
還是高維空間的膜碰撞假說（我們的宇宙會與另一個宇宙撞在一起），
它在數學上自洽不代表它就成立。因為，數學可以背離物理實際。
在西元前450年，古希臘哲學家芝諾用他那著名的
“阿基裡斯和烏龜賽跑”的悖論展示了這一點。
儘管如此，多重宇宙假說招來的反對遠遠超過數學上的支持。
批評者認為，這些理論不可證偽，因此，
與哲學思辨無法區分開，
比說這都是“上帝的安排”好不到哪裡去。
去年12月，Ellis和Silk這樣寫道：
“只有能被檢驗的學說才能被稱為是科學。”
更有甚者，去年，美國普林斯頓大學愛因斯坦講席教授、
暴漲理論的支持者Paul Steinhardt在《Edge》雜誌中如此寫道：
“認為我們生活在多重宇宙中，
空間中任一區域的物理定律和性質都不盡相同的觀點應該退休了。”
這話說得真不客氣。
不過，我們真的要對所有的多重宇宙論都棄之不理嗎？
許多批評者都提到，這個模型存在一個嚴重的問題，
那就是它沒有預測任何事，因此，任何事都能發生。
不僅如此，Steinhardt還相信多重宇宙論是為了挽救失敗的科學假說
（比如弦論）而提出的。
“只有在能夠解釋、預測事物為什麼這樣、
而不是那樣時，科學才是有用的，”他寫道。”
囊括一切的理論毫無用處，也毫無意義，
因為它既無法排除任何可能性，又不能用非成即敗的測試來檢驗。”
然而，“平行宇宙”卻是科幻小說的主題。
同理論物理學家和天文學家相比，大眾更加容易接受這個概念。
科普節目仍舊鍾愛多重宇宙，常把理論的提出者請到演播室，
在螢幕上大談特談假定的證據。
2014年，支持多重宇宙論的、最令人信服的天體物理學證據出現了。
這個消息一時間登上了全世界媒體的頭版頭條。
似有還無的證據
這個證據來自於南極大陸上一個名為BICEP2的實驗。
然而，富於戲劇性的是，不過短短數月，大家就不相信它了。
原來，不是實驗出了錯，而是對觀測結果的解釋錯了。
這個曾經佔據全球媒體頭版頭條、被稱為首次證實暴漲時期引力波的證據，
如今被認為是——
即使不是全部、也是絕大部分——由銀河系裡的塵埃產生的。
天文學家認為，宇宙暴漲產生的引力波在微波背景輻射裡留下了渦旋紋樣。
但是，後續的觀測卻指出，這些紋樣是星系裡的塵埃產生的。
（圖片來源：ASTRONOMY: ROEN KELLY, AFTER BICEP2）
在被否定之前，BICEP2的結果被一些多重宇宙論的
擁躉拿來支援混沌暴漲模型。
這個模型也被當做平行宇宙存在的證據。
批評者對他們描述的一系列無根據的假設大加斥責。
一些人一直追問：
為什麼多重宇宙論總是跳脫科學慣常的嚴格標準，
在純屬揣測的一側自行其是。
事實上，既然有這種純理論性的宇宙模型存在，
也就可能存在現實與多重宇宙完全背離的情況。
也就是說，我們的宇宙本身就是簡單的，而不是多樣的。
在最先提出“宇宙（物質實在）是單一、無差別的整體”的那批人裡，
不乏巴門尼德和芝渃這樣的古希臘先哲。
根據這種解釋，在我們周圍沒有獨立的事發生。
宇宙本身就是一個事件。
在各個歷史時期的各種文明裡，
都出現過這種基本的、一體的觀點的身影。
它部分地得到了現代量子理論的支持，與多重宇宙論截然對立。
看起來，關鍵的問題是，雖然“多重宇宙”是思維延伸的產物，
也是有可能存在的，但在解釋可見宇宙的性質時可能毫無意義，甚至適得其反。
與此同時，對於是否存在能夠證明多重宇宙模型錯誤（
把它們逐出科學界）的觀測證據，人們也爭論不休。
在2012年的一期《新聞週刊》的封面故事裡，
美國哥倫比亞大學的宇宙學家Brian Greene寫道：
“我們膨脹的宇宙有可能與鄰近宇宙發生碰撞，
這可以作為支持多重宇宙論的證據。
這樣的宇宙級“撞車事件”
將在微波背景輻射（宇宙大爆炸的餘暉）中形成另一種溫度起伏圖樣。
高性能的望遠鏡有朝一日也許能夠探測到它。
許多人認為這是尋找支持多重宇宙論的證據的最有希望的辦法。
誠然希望不大，但還是有辦法來檢驗多重宇宙論的。
這反映了該理論源自於細緻的數學分析。
儘管如此，這個提議無疑是嘗試性的，
所以，我們必須保持合理的懷疑態度，審慎地給出解釋。”
Tegmark贊同說：“平行宇宙不是理論，而是某種理論的預測。
這種理論（例如宇宙暴漲理論）能否被檢驗還不確定。
這就是它們不僅出現在科幻小說中，
也越來越多地在學術會議上被提到的原因所在了。”
無關對錯？
值得注意的是，即使在描述最可信的多重宇宙模型時，
資深的學者們仍在說模棱兩可的話。
對於某些“能否被驗證還有爭議”的理論，
我們也許總有一天會找到證據。
不過，如此模糊不清的東西能被稱為是科學嗎？
看看大家現在對多重宇宙論醉心不已，
或許，我們還是最好聽聽著名的懷疑論者是怎麼說的。
美國哥倫比亞大學的數學物理學家Peter Woit
撰寫了著名的多重宇宙批判博客——無關對錯，說起話來毫不留情。
“在20世紀，物理學家提出了強大的、引人矚目的基本理論，
並且取得了巨大的成功，”他解釋說，“
但在過去40年，他們卻身陷困境，進展甚微。
不幸的是，一些著名的理論學家現在基本上放棄了，
決定找一條簡單的路走。
多重宇宙論應運而生，既是萬能的，又沒法被檢驗。
他們沒有拋棄像弦論這樣的理論學說，
而是把它們轉變成空泛的、適合於萬事萬物的理論。
如果物理研究以此為止境，那真太讓人失望了。
儘管如此，我仍然希望這只是一時流行的狂熱，很快會消失。
對物理定律進行更好、更深入的理解十分難，
但作為人類，我們有這個能力，
只要我們不把過多精力
花在那些對任何問題都給不出解答的理論上。”
哇哦，這話說得真欉。
如果我們在意物理學的發展，我們早就應該拋掉多重宇宙論。
當然，如果無窮無盡的多重宇宙真的存在，
就會有另一些“Woit”說完全相反的話了。
注：除特別注明，本文所有圖片來自ASTRONOMY: ROEN KELLY。
