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對“多重宇宙”學說的辯護

我們所在的地球位於壹個星系內,這個星系位於壹個宇宙內,這個宇宙位於壹個充滿了分身的第壹層多重宇宙中,而這個第壹層多重宇宙又位於壹個更加多樣化的第二層多重宇宙中,這個第二層多重宇宙又位於壹個量子力學的第三層多重宇宙中,而這個第三層多重宇宙又位於壹個數學結構的第四層多重宇宙中。

第壹層平行宇宙,簡單地說就是遙遠的區域,光線沒有足夠的時間來趕上我們;第二層平行宇宙覆蓋的區域,由於我們與它們之間的空間發生了宇宙學暴脹而永遠遙不可及;第三層平行宇宙,也就是休·埃弗雷特所說的“多世界”,討論的是量子力學的希爾伯特空間內無法交流的各部分。不管是第壹、第二還是第三層平行宇宙,都遵循著相同的基本數學公式(也許是壹個標準的“萬物方程式”,描述了量子力學、暴脹等),第四層平行宇宙則像穿梭於不同調式中的翩翩舞者,涉入了不同的另壹些“標準方程式”,對應著不同的數學結構。

從個人的角度來看,我認為這個實在非常美麗,美得讓人窒息,並且宏偉壯麗、啟發人心。但是,它是真實的嗎?有沒有可能這幅圖景只是在誤導我們,那些壯麗只是海市蜃樓?妳真的生活在壹個多重宇宙中嗎?有沒有可能,整個問題都很愚蠢,存在於科學的範圍之外?多重宇宙曾遭到權威的壹貫漠視:1600年,布魯諾因堅持空間無限的多重宇宙而被燒死在火刑柱上;1957年,休·埃弗雷特和他的量子多重宇宙被物理領域的就業市場“燒毀”。但是最近幾年,事情發生了極大的變化。平行宇宙變得流行起來,出現在書籍、電影甚至笑話裏:“妳在許多平行宇宙裏都通過了考試,但這個沒有。”

這種思想的流行並沒有讓科學家達成***識,但是我認為,它讓多重宇宙的爭論變得更加微妙和有趣,因為科學家們不再互相大喊大叫,而是真誠地去嘗試理解與自己相左的觀點。最近《科學美國人》上發表的壹篇反多重宇宙的文章就是壹個絕好的例子。讓我們用“我們的宇宙”來表示大爆炸後140億年來發出的光線能夠到達我們的球形區域。當說到平行宇宙時,我們用四個層次來進行區分:第壹層為空間中其他類似的區域,只不過距離我們非常遙遠,那裏的物理定律與我們相同,但宇宙的 歷史 不盡相同,因為它們的初始狀態不同;第二層為空間中的其他區域,在那裏,表面的物理定律與我們不同;第三層為量子實在發揮作用的希爾伯特空間中的其他平行世界;第四層是完全分離的實在,由不同的數學方程支配。在埃利斯的批評中,他將支持該層級劃分的論證進行了分類,並論述說它們都有問題。我將他反對多重宇宙的論證總結為以下幾點:

暴脹可能是錯誤的(或者不是永恒的)。

量子力學可能是錯誤的(或者不是幺正的)。

弦理論可能是錯誤的(或者缺少多重解)。

多重宇宙理論可能是不可證偽的。

某些宣稱為多重宇宙的證據是可疑的。

微調性的論證可能假設了太多前提。

這是壹個滑坡謬誤,將滑向更大的多重宇宙。

對此,我們能有什麽反駁呢?

讓我們先從前4個開始。暴脹會自然而然地產生第壹層多重宇宙;如果妳再加上弦理論及其可能解的圖景,妳就得到了第二層多重宇宙。量子力學用它數學上最簡單,並且永不坍縮(“幺正”)的形式帶給我們第三層多重宇宙。所以,如果這些理論都被排除掉了,那麽多重宇宙的關鍵證據也就崩塌了。 請記住:平行宇宙並不是壹個理論,它們是某些理論的預測。

我認為有壹點很重要:如果壹個理論是科學的,那麽研究和討論它的所有結果都是合理的,即使它們涉及不可觀測的實體。壹個理論要具備可證偽性,並不需要我們能夠觀測和檢驗它的所有預測,只需要檢驗其中至少壹個就可以了。因此,針對上面第4條論證,我的回答是,我們的數學理論是科學上可檢驗的,但它們的推論並無必要滿足可檢驗的要求,即使不可檢驗也是完全可以的。比如:由於愛因斯坦的廣義相對論成功預言了許多可觀測的事情,所以我們同樣相信它對那些不可觀測的事物作出的預測, 例如,黑洞內部發生的事。 同樣,如果目前暴脹或量子力學作出了令人印象深刻的正確預測,那我們也應當以同樣的態度對待它們的其他預測,包括第壹層和第三層多重宇宙。 埃利斯甚至還提到,永恒暴脹理論有壹天也可能被排除掉;而我認為,這正好證明了永恒暴脹是壹個科學的理論。

目前,弦理論還未發展到暴脹理論和量子力學那樣完善的階段,也尚未成為壹個可檢驗的科學理論。然而我懷疑,即使弦理論最後沒有成功,我們也無法擺脫第二層多重宇宙。數學方程擁有多個解是很常見的事情。只要描述實在的基本方程擁有多個解,那麽,永恒暴脹創造出的巨大空間區域就會將這些解逐壹實現。比如,支配水分子的方程與弦理論毫無關系,它能得出三個不同的解,分別對應著氣態、液態和固態冰。同樣,如果空間自身存在不同的相,那麽暴脹就會將它們壹壹實現。

埃利斯列出了壹些可疑的觀測數據,它們都號稱支持多重宇宙理論,比如其中壹些證據聲稱自己可以證明自然界中某些常數並不總是永恒不變,還有壹些來自宇宙微波背景輻射的證據,據稱可以證明宇宙碰撞——與其他宇宙或者奇異地連接著的空間的碰撞。我完全同意他對這些證據的懷疑。然而,在這些例子中,值得爭議的部分是對數據的分析,就像1989年的冷核聚變騙局壹樣。我認為,科學家測量並爭論數據細節這個事實,進壹步證明了這屬於科學的範疇,這正是科學爭論與非科學爭論的分別。

微調性 指的是我們的宇宙似乎為生命的出現而進行了驚人的微調,因為如果妳改變我們自然界的常數,哪怕只改變壹點點,我們所知的生命形式就不可能存在。這是為什麽?如果存在第二層多重宇宙,其中的“常數”可取任何可能的值,那麽我們身處壹個罕見宜居的宇宙就不是壹件驚人的事情了,正如我們生於地球而非水星或海王星這壹事實並不驚人壹樣。埃利斯之所以反對這壹點,是因為他認為要得出這個結論,並不需要假設出壹個多重宇宙理論作為前提,但這卻是我們檢驗任何科學理論的方式:我們假設它是真的,算出結果,如果預測與觀測不相符合,就拋棄這個理論。某些微調性看起來已經足夠符合了,比如,為了生成壹個宜居的星系,暗能量需要微調的位數多達123位。在我看來,這樣無法解釋的巧合可能表明科學的理解中尚存鴻溝。如果有人輕視這樣的巧合,並說“我們只是很幸運,別再尋找解釋了”,這不僅無法讓人滿意,還可能忽視非常關鍵的線索。

埃利斯論證說,如果我們真的相信所有可能發生的事情都會發生,那我們就像是踏上了壹個滑溜的斜坡,下方是更大的多重宇宙,例如第四層多重宇宙。第四層多重宇宙是我最喜歡的壹層,所以,作為這個層級少有的忠實支持者之壹,我會非常開心地坐上這個滑坡,壹路滑下去!埃利斯還提到,多重宇宙可能違背了奧卡姆剃刀原理,因為引入了太多不必要的復雜性。 作為壹個理論物理學家,我對壹個理論的優雅性與簡單性進行評價時,看的並不是這個理論本身,而是看它的數學方程——令我嘆為觀止的是,數學上最簡單的理論總是傾向於生成多重宇宙。 經證明,想要寫下壹個只會生成我們所見之宇宙而其他什麽也沒有的理論是相當困難的。

最後,還有壹個反多重宇宙的觀點,我建議埃利斯要盡量避免,但我認為這是大多數人的普遍看法,即平行宇宙看起來太古怪了,不可能是真的。然而,正如我們在引言中探討過的那樣,這正是我們應當預計到的情況——進化將直覺賦予了我們,但這種直覺只能註意到對我們的遠古祖先們具有生存價值的日常事務,於是,每次我們用 科技 來窺伺人類尺度以外的實在範疇時,都會讓進化而來的直覺崩潰。這樣的情況,在我們眼前發生了壹遍又壹遍,包括反直覺的相對論、量子力學等。因此,我們也應當預計到,物理學的終極理論(不管它最終是什麽)都應該讓人感到怪誕離奇。