編譯 思羽

我們的宇宙是群島的一個(gè)島嶼？

太陽形成于45億年前，但它要繼續(xù)發(fā)光發(fā)熱60多億年后會(huì)油盡燈枯。太陽到時(shí)候會(huì)爆燃起來，吞沒內(nèi)行星。膨脹的宇宙會(huì)繼續(xù)這個(gè)勢(shì)頭——大概會(huì)永遠(yuǎn)持續(xù)下去——注定會(huì)變得更加冷、更加空。引用一句伍迪·艾倫的話，永恒是十分漫長的，尤其是通向終點(diǎn)時(shí)。

見證太陽終結(jié)的任何生物都不會(huì)是人類，那些生物與我們的差別會(huì)像我們和蟲子的差異一般大。后人類的進(jìn)化（在地球上和地球以外的遠(yuǎn)方）可能像達(dá)爾文進(jìn)化（導(dǎo)致人類誕生）一樣漫長，甚至更為奇妙。進(jìn)化會(huì)加速；進(jìn)化的發(fā)生可能通過技術(shù)時(shí)序表上的“智能設(shè)計(jì)”，其速度比自然選擇快許多，受到遺傳學(xué)和人工智能（AI）領(lǐng)域進(jìn)展的驅(qū)動(dòng)。長期的未來大概屬于電子“生命”，而不是有機(jī)“生命”。

以宇宙學(xué)術(shù)語（或者更確切地是從達(dá)爾文主義的時(shí)間框架）來說，1 000年只是一瞬間。所以，讓我們“快進(jìn)”到不只是數(shù)個(gè)世紀(jì)，或者數(shù)千年的程度，而是“快進(jìn)”到比它長了數(shù)百萬倍的“天文學(xué)”時(shí)序表。在我們的星系中，星球誕生和死亡的“生態(tài)”會(huì)逐漸變得更加緩慢，直到被銀河系與仙女座星系發(fā)生碰撞的“環(huán)境沖擊”震動(dòng)到，那可能發(fā)生在40億年之后。我們的星系、仙女座星系和比它們小的同伴（如今構(gòu)成了被稱為本星系群的東西）的殘骸隨后會(huì)匯聚成一大群無定形的恒星。

但是在宇宙尺度上，萬有引力被一股潛伏于空曠太空的神秘力量完全蓋過，那股力量推動(dòng)各個(gè)星系遠(yuǎn)離彼此。星系加速遠(yuǎn)離，消失在視界外，很像是物體落入黑洞中的翻轉(zhuǎn)版本。在1000億年之后，留在視野中的東西將會(huì)只有本星系群中死亡和垂死的恒星。但那些能延續(xù)數(shù)萬億年的星球，或許有足夠的時(shí)間讓生命系統(tǒng)獲得復(fù)雜性和“負(fù)熵”，達(dá)到頂點(diǎn)。所有曾經(jīng)存在于恒星和氣體中的原子能夠轉(zhuǎn)換成細(xì)微復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，復(fù)雜程度堪比生命體或硅晶片——不過是在宇宙尺度上。在昏暗化的背景下，質(zhì)子可能衰變，暗物質(zhì)粒子湮滅，當(dāng)黑洞蒸發(fā)和寂靜下來時(shí)，偶爾出現(xiàn)閃光。

1979年，弗里曼·戴森（Freeman Dyson）發(fā)表了一篇如今已是經(jīng)典的論文，旨在“建立宇宙命運(yùn)的數(shù)值邊界”。即使所有物質(zhì)以最理想的方式轉(zhuǎn)化成一臺(tái)計(jì)算機(jī)或超級(jí)智能，它可以處理的信息是否存在限制？是否能思考無限數(shù)量的想法？答案要視宇宙學(xué)而定。在低溫條件下，執(zhí)行計(jì)算耗費(fèi)較少的能量。對(duì)于我們似乎處于其中的這個(gè)宇宙，戴森得出的界限會(huì)是有限的，但假如“思考者”處于涼爽環(huán)境，進(jìn)行緩慢的思考，那么界限將會(huì)最大化。

我們對(duì)于空間和時(shí)間的了解是不完備的。愛因斯坦的相對(duì)論（描述引力和宇宙）和量子原理（對(duì)于從原子尺度上理解事件至關(guān)重要）是20世紀(jì)物理學(xué)的兩大支柱，然而統(tǒng)一二者的理論仍然是未完成之事。當(dāng)前的學(xué)術(shù)思想暗示：是否能取得進(jìn)展取決于能否完全理解看起來也許是世上最簡單的實(shí)體——“純粹”的空曠空間（真空），這是世間所有事情發(fā)生的場(chǎng)所；它也許有豐富的結(jié)構(gòu)，但在尺度上比一個(gè)原子小了一秭（1024）倍。根據(jù)弦論，假若以這種放大方式來審視，普通空間中的每個(gè)“點(diǎn)”都可以展現(xiàn)為多個(gè)額外維度下的緊密褶皺的折紙。雖然存在競爭的理論，但那些理論也要借助相同的小尺度。

相同的基本規(guī)律適用于我們用望遠(yuǎn)鏡觀察的整個(gè)范圍。假如不是這樣，假如原子在行為上“雜亂無章”，我們會(huì)在理解可觀測(cè)的宇宙上毫無進(jìn)展。但我們所能觀測(cè)的范圍也許不是全部的物理實(shí)體（physical reality）；一些宇宙學(xué)家推測(cè)，“我們”的宇宙大爆炸不是唯一的一次，物理實(shí)體足夠宏大，能夠包容整個(gè)“多重宇宙”。

我們僅能看見有限的容量，即有限數(shù)量的星系。這基本上是因?yàn)榈仄骄€的存在，地平線是包裹我們的外殼，描繪出光從遠(yuǎn)方達(dá)到我們的最遠(yuǎn)距離。但如果你在海洋的中央，那層外殼就沒有更多物理意義，只是描述出你的視野的圓圈。就連保守的天文學(xué)家也確信：我們的天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)的時(shí)空范圍（天文學(xué)家按照慣例稱之為“宇宙”）僅僅是大爆炸產(chǎn)物的極小部分。我們預(yù)計(jì)：在地平線之外有著更多的星系，那些星系是我們無法觀測(cè)到的，其中每一個(gè)星系（以及其中的任何智慧生命）將會(huì)像我們的星系一樣演化。

有一個(gè)令人熟悉的想法是說，假如有足夠數(shù)量的猴子給予足夠的時(shí)間，它們終將會(huì)寫出莎士比亞的著作（當(dāng)然還有所有其他書籍，以及每一條能想象出來的連篇廢話）。這種表述從數(shù)學(xué)角度是正確的。但是，在最后的成功之前的“失敗”數(shù)量會(huì)是有著大約1 000萬位的數(shù)字，而可見宇宙的原子數(shù)量也只有80個(gè)數(shù)位。假如我們星系中的所有行星上爬滿猴子，這些猴子從第一批行星形成起就一直在打字，那么它們頂多能打出一首十四行詩（它們敲出的東西會(huì)包括所有世界文學(xué)中連貫的只言片語，但不會(huì)有一部完整的作品）。要生成像一本書這么長的特定的字母組合是極其不可能，在可觀測(cè)的宇宙中，甚至連一次都不會(huì)發(fā)生。當(dāng)我們拋下骰子，我們最終會(huì)得到長長的一連串的6，但（除非它們被做過手腳）我們不會(huì)預(yù)期接連拋出100多個(gè)6，就算我們連續(xù)拋上10億年的骰子，也是如此。

然而，假如宇宙延伸得足夠遠(yuǎn)，任何事都可能發(fā)生，在我們地平線之外的遠(yuǎn)方某處，甚至可能有一個(gè)地球的副本。這就要求太空是非常龐大的，不僅僅是用100萬個(gè)數(shù)位的數(shù)字來描述，而是要用10100個(gè)數(shù)位的數(shù)字來描述，也就是1后面跟著100個(gè)零。10的100次方被稱為古戈?duì)枺╣oogol），有著1個(gè)古戈?duì)柕牧愕臄?shù)字被稱為古戈?duì)柶绽湛怂梗╣oogolplex）。

給予充足的空間和時(shí)間，在某個(gè)地方會(huì)發(fā)生所有可能的系列事件，盡管幾乎所有這些事件都在遠(yuǎn)離我們能觀測(cè)的任何范圍。考慮所有可能的選擇，綜合選項(xiàng)可以包括我們自身的副本。只要有需要做出一項(xiàng)選擇，就有一個(gè)副本接受每一種抉擇。你也許感覺你做出的一項(xiàng)選擇是“定好的”。但這可能是種慰藉，在遙遠(yuǎn)的某處（遠(yuǎn)離我們的觀測(cè)視界），你有個(gè)替身已經(jīng)做出相反的抉擇。

所有這些都能包含在“我們的”大爆炸的事后產(chǎn)物中，它能夠延伸到極其龐大的范圍。但不僅如此,我們按照慣例稱為“宇宙”的東西，即“我們的”大爆炸的事后產(chǎn)物也許只是無限群島的一個(gè)孤島，只是整個(gè)時(shí)空的一部分。也許存在多次大爆炸，而不是僅僅一次。這種“多重宇宙”的每一部分可能以不同的方式冷卻，也許最終受到不同規(guī)律的支配。正如地球是無數(shù)星球中一顆十分特別的行星；同樣的，在極其宏大的尺度上，我們的大爆炸也可能是一次相當(dāng)特別的大爆炸。在這種巨大擴(kuò)張的宇宙視角下，愛因斯坦和量子的規(guī)律可能僅僅是支配我們宇宙的狹義定律。所以，空間和時(shí)間不但在亞微觀尺度上有著復(fù)雜的“粒狀結(jié)構(gòu)”，而且在另一個(gè)極端尺度（遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過天文學(xué)家所能探測(cè)的尺度）它可能也有著復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，類似于稻米生態(tài)系統(tǒng)中的動(dòng)物群。我們目前對(duì)物理實(shí)體的概念可能相對(duì)于整體而言是局限的，就像將一匙水視為“宇宙”的浮游生物對(duì)于地球的看法。

碰撞路線：銀河系與仙女座星系注定會(huì)發(fā)生碰撞，類似于NGC 2207星系和IC 2163星系之間的碰撞，這是哈勃空間望遠(yuǎn)鏡拍下的照片

四次革命的第一次？第一次哥白尼革命將地球從太陽系中心的位置移除，第二次哥白尼革命確認(rèn)我們的星系有許多行星，第三次哥白尼革命確認(rèn)可觀測(cè)宇宙中有許多星系。證明了我們的宇宙是許多宇宙的一個(gè)則象征第四次哥白尼革命

這可能是真的嗎？21世紀(jì)物理學(xué)的一大挑戰(zhàn)是要回答兩個(gè)問題。首先，是否存在多次“大爆炸”而不是一次？其次（這個(gè)問題甚至更有趣），如果存在多次大爆炸，它們是否都受到相同物理學(xué)的支配？

如果我們?cè)诙嘀赜钪嬷校@會(huì)意味著第四次、也是最重大的哥白尼革命；我們?cè)缫呀?jīng)歷過哥白尼革命，意識(shí)到我們的星系中有數(shù)十億個(gè)行星系；然后意識(shí)到我們觀測(cè)到的宇宙中有數(shù)十億個(gè)星系。但如今這些并非全部，天文學(xué)家能觀測(cè)的宇宙全景可能只是“我們的”宇宙大爆炸產(chǎn)物的極小部分，而這次大爆炸本身可能僅僅是無數(shù)大爆炸的一次而已。

乍看起來，平行宇宙的概念可能似乎太過神秘，而沒有任何實(shí)際影響。但它可能（以其中一個(gè)變種）實(shí)際上提供了一種嶄新的計(jì)算機(jī)前景：即量子計(jì)算機(jī)；量子計(jì)算機(jī)通過分享平行宇宙的幾乎無限的計(jì)算負(fù)擔(dān)，能在實(shí)質(zhì)上超越最快數(shù)字處理器的極限。

50年前，我們還不確定是否曾經(jīng)發(fā)生過宇宙大爆炸。譬如說，我在劍橋大學(xué)的導(dǎo)師弗雷德·霍伊爾（Fred Hoyle）就質(zhì)疑宇宙大爆炸的概念，偏愛一種恒穩(wěn)不變的“穩(wěn)態(tài)”宇宙（他從始至終都沒有完全轉(zhuǎn)變想法，在他的晚年，他擁護(hù)折中的想法，也許稱之為“穩(wěn)態(tài)大爆炸”）。如今我們有了充足的證據(jù)，尤其是來自對(duì)原始背景輻射和大爆炸最初3分鐘內(nèi)生成的氫、氦和氘元素相對(duì)豐度的測(cè)量結(jié)果，憑此能描繪出宇宙的歷史，追溯第一納秒時(shí)超致密的宇宙狀態(tài)，我們進(jìn)行這番描繪的自信足以媲美地質(zhì)學(xué)家推論出地球的早期歷史。于是，在未來的50年里，希望我們可能擁有“統(tǒng)一的”物理學(xué)理論，通過日常世界的實(shí)驗(yàn)和觀察予以確證，這種希望并非過分樂觀。統(tǒng)一的物理學(xué)理論足以描述宇宙在10-36秒時(shí)發(fā)生的事，當(dāng)時(shí)的宇宙密度和能量遠(yuǎn)高于當(dāng)前物理學(xué)理論應(yīng)用的范圍。如果未來的理論預(yù)測(cè)出多重的大爆炸，我們應(yīng)該慎重地看待那個(gè)預(yù)測(cè)，即使它不可能以直接的方式證實(shí)（正如我們相信愛因斯坦理論告訴我們關(guān)于無法觀測(cè)的黑洞內(nèi)部，因?yàn)檫@項(xiàng)理論已經(jīng)通過我們能觀測(cè)的領(lǐng)域內(nèi)的眾多測(cè)試）。

于是，到21世紀(jì)末，我們也許能夠提問：我們是否生活在多重宇宙中，“宇宙”有多少類型。這個(gè)問題的答案將會(huì)決定：我們?nèi)绾卫斫馕覀兩畹摹吧鷳B(tài)友善”的宇宙（與我們有朝一日能夠聯(lián)絡(luò)的任何外星生命一起分享這個(gè)宇宙）。

我出版于1997年的著作《開始之前》（Before the Beginning）推測(cè)了多重宇宙的存在。書中論據(jù)的一部分是受到我們宇宙似乎“親生命”（biophilic）和調(diào)試完美的特征的啟發(fā)。假如物理實(shí)體涵蓋了整個(gè)宇宙，各個(gè)宇宙的基本常數(shù)和規(guī)律“有所變化”，那么這點(diǎn)不會(huì)引起驚訝。大多數(shù)宇宙會(huì)夭折或荒涼，但我們會(huì)發(fā)覺自己身處在一個(gè)宇宙中，其規(guī)律允許出現(xiàn)復(fù)雜性。支撐這個(gè)想法的是20世紀(jì)80年代的“宇宙暴脹”理論，對(duì)于我們觀測(cè)到的整個(gè)宇宙如何從微觀尺度的事件“快速生成”，這項(xiàng)理論提供了新穎的見解。當(dāng)弦論專家開始偏好存在多個(gè)不同真空的可能性，每種真空是受到不同規(guī)律支配的微觀物理學(xué)的場(chǎng)所，這個(gè)理論獲得進(jìn)一步的嚴(yán)肅關(guān)注。

從那時(shí)起，我就在仔細(xì)審視這種學(xué)術(shù)觀點(diǎn)的轉(zhuǎn)變和這些想法（必須承認(rèn)是猜測(cè)性的）的出現(xiàn)。2001年，我?guī)椭M織了一場(chǎng)這個(gè)主題的學(xué)術(shù)會(huì)議。會(huì)議在劍橋召開，但不在劍橋大學(xué)。我在自己的家里主持了這場(chǎng)學(xué)術(shù)會(huì)議，我的家是劍橋市邊上的一所農(nóng)舍，一間改造后的谷倉為我們的學(xué)術(shù)討論提供了相當(dāng)樸素的地點(diǎn)。若干年后，我們召開了一次后續(xù)會(huì)議；會(huì)議地點(diǎn)十分不同：是在三一學(xué)院的一間相當(dāng)莊重的房間，講臺(tái)后面掛著牛頓的畫像（牛頓是三一學(xué)院最著名的校友）。

理論物理學(xué)家弗蘭克·維爾切克（Frank Wilczek）參加了這兩次會(huì)議。他在學(xué)生時(shí)參與了闡述粒子物理學(xué)“標(biāo)準(zhǔn)模型”的工作，憑此為人熟知。當(dāng)他在第二次會(huì)議上講話時(shí)，他對(duì)比了兩次會(huì)議上的氛圍。他形容第一場(chǎng)會(huì)議的物理學(xué)家是荒野中的“邊緣”聲音，多年以來，這些物理學(xué)家宣傳關(guān)于基本常數(shù)和另類宇宙的古怪主張，他們關(guān)注的領(lǐng)域和研究方式似乎與理論物理學(xué)的共識(shí)前沿不同，因?yàn)槔碚撐锢韺W(xué)忙碌于如何成功構(gòu)建獨(dú)特和數(shù)學(xué)上完美的宇宙。但是在第二次會(huì)議上，他注意到“前沿已經(jīng)大步前進(jìn)，加入到荒野中的先知隊(duì)伍里”。

數(shù)年后，我是斯坦福大學(xué)的專家組成員，擔(dān)任主席的天文學(xué)家鮑勃·科什納（Bob Kirshner）問我們：“以程度來說，‘你會(huì)用你的金魚、你的狗還是你的性命打賭’，你對(duì)于多重宇宙概念有多少自信？”我說，我差不多到拿狗來打賭的程度。俄羅斯裔宇宙學(xué)家安德烈·林德（Andrei Linde）已經(jīng)花費(fèi)25年時(shí)間宣傳“永恒暴脹”理論，他說自己幾乎會(huì)賭上性命。后來，聽說這段軼事后，杰出的理論物理學(xué)家史蒂文·溫伯格（Steven Weinberg）說，他會(huì)開心地賭下馬丁·里斯的狗和安德烈·林德的性命。

在這件事塵埃落定之前，安德烈·林德、我的狗和我都會(huì)死去。多重宇宙不是形而上學(xué)，它是高度推測(cè)性的理論，是令人激動(dòng)的科學(xué)，而且它也許是真的。

資料來源 Nautilus