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& 第二章 二等不可思议 13.平行宇宙
第一章 一等不可思议第二章 二等不可思议13.平行宇宙第三章 三等不可思议
第二章 二等不可思议13.平行宇宙—般来说，这些宇宙之间的交流是不可能的。我们身体的原子就像是被捕蝇纸困住的苍蝇。我们能够在自己的膜宇宙的三维中任意行动，但是我们不能跳下宇宙进入超空间，因为我们被黏在了自己的宇宙里。但引力作为时空的弯曲可以自由在宇宙间的空间里漂浮。（为了将之形象化，想象一个在中间扣着一条橡皮筋的水皮球，想象用一把剪刀把球一剪为二，一半在橡皮筋上，一半在橡皮筋下，因此，将水皮球的上半部和下半部去掉后剩下的就是橡皮筋——一根弦。以同样的方法，如果我们卷起第十一维，一张膜所留下的就只是它的中纬线，那是一根弦。事实上，这样的切割有五种方式可以达到，使得我们在十维中有了五种不同的超弦理论。）在“多世界”方法中，对这一问题的解答很简单：宇宙不过是存在于许多平行状态中，它们全都由一个主波函数定义，称作“宇宙波函数”（wave function of the universe）。在量子宇宙学中，宇宙是从真空的量子涨落开始的，即一个时空泡沫中的微小气泡。时空泡沫中的大多数婴儿宇宙都经历过—次大爆炸，并且随后立刻经历一次大挤压。这就是为什么我们永远都看不到它们，因为它们极小、寿命极短，在真空中时隐时现，这意味着，甚至“无物”也与婴儿宇宙一起沸腾和时有时无，但在一定比例上，这太小，无法用我们的仪器发现。但是出于某些原因，时空泡沫中有一个气泡没有重新坍缩、造成大挤压，而是继续膨胀，这就是我们的宇宙。根据艾伦·古斯的说法，这意味着整个宇宙就是一顿免费午餐。多年以来，物理学家一直问着这样一个问题：如果光是波，那么波动是什么？光能够在空的空间中穿越数十亿光年的距离，但空的空间是真空，没有任何内容。那么，真空中的波动是什么？使用卡鲁扎的理论我们就有了回答这个问题具体的方案：光是第五维度中的涟漪。麦克斯韦方程精确地描述了光的全部性质，被证明完全是在第五维度中移动的光的方程。对于这一悖论的其他观点是“多世界”构想，由休·埃弗莱特（Hugh Everett）在1957年提出，陈述宇宙不过是分裂为二，活者的猫位于其中一半，而死去的猫位于另一半中。这表示每当有量子事件发生，就会有平行宇宙大量繁殖和分化出来。每个可能存在的宇宙都是如此。一个宇宙越是荒诞，它的可能性就越小，但这些宇宙依旧存在。这意味着在一个平行宇宙中纳粹赢得了第二次世界大战，或者在一个世界中西班牙无敌舰队从未被打败，每个人都说西班牙语。换言之，波函数从未崩溃。它只是继续发展，愉快地分裂成无数个宇宙。超弦理论被认为是一种“万物至理”，传说中爱因斯坦在人生最后30年中为之困惑的理论。爱因斯坦想要一种单一的、全面的理论概括所有物理定律，能够使他“读取上帝的意志”。如果超弦理论能正确统一万有引力和量子理论，那么它或许象征着两千年前古希腊人提出物质由何组成的疑问以来科学的最高成就。多元宇宙的理论具备一项对其有利的事实。当我们分析自然的常数时，我们发现它们被“调节”得非常精确，允许生命存在。如果增加核力的强度，那么恒星们就会以过快的速度烧尽，无法让生命产生。如果降低核力的强度，那么恒星永远不会烧着，生命无法存在。如果加强万有引力，那么我们的宇宙会在一场“大挤压”（Big Crunch）中快速死去。如果减弱万有引力，那么宇宙会膨胀成一场“大冻结”（Big Freeze）。事实上，大自然的常数中有大量“偶然”，允许生命存在。看起来，我们的宇宙存在于一个具有很多参数的“可居住区”内，所有的参数都被“微调”成适宜生命存在。因此，我们要么接受这么个结论：存在某种形式的上帝，选择了我们的宇宙“刚好”适合生命；要么存在着数十亿个平行宇宙，其中有许多已经死亡。正如弗里曼·戴森所说：“宇宙似乎知道我们即将到来。”对于爱因斯坦和薛定谔来说，这有违常理。爱因斯坦信仰“客观事实”，—种常理，牛顿学说认为在常理中物体以确切的状态存在，而不是以许多可能的状态存在。然而，这一古怪的解释却处于现代文明的核心。没有了它，现代电子学（以及我们身体的原子）无法存在（在我们的正常世界中，我们有时会开玩笑说要“有点儿怀孕”是不可能的。但在量子的世界中，事情会更离谱。我们同时以所有可能的肉体形式存在：没怀孕的、怀孕的、孩子、老妇人、青少年、职业女性，等等）。想象在一个浅浅的池塘中游泳的鱼。它们或许从来没有怀疑过有第三个维度存在，因为它们的眼睛长在两侧，并且它们只能向前或者向后向左或者向右地游。第三个维度对它们而言或许会显得不可能。但，接下来想象池塘上落下的雨。尽管它们无法看到第三维度，但是它们能够清楚地看到池塘表面涟漪的影子。同样，卡鲁扎的方程将光解释为在第五维度中移动的涟漪。根据诺贝尔奖得主斯蒂文·温伯格（Steven Weinberg）的看法，这就像在自家起居室里将收音机调到另一个电台。你知道自己的起居室充满了来自全国和全世界各地大量无线电台的信号，但是你的收音机只能调到一个电台。它与其他的电台都“消相干”了（总而言之，温伯格注意到“多世界”构想是“一个不幸的构想，除了所有其他想法之外”）。纵观历史，几乎在每个古代社会，人们都相信有其他层次的存在，有天神和幽灵的居所。基督教徒相信天堂、地域和炼狱，佛教徒相信涅槃和各种形态的意识，印度教徒则拥有数千种层次的存在。但在量子理论中，我们不能确切地知道铀是否会衰变。因此我们不得不添加两种可能性，添加一个衰变原子的波函数和一个未衰变原子的波函数。但这意味着，为了描述那只猫，我们不得不添加猫的两种状态，因此猫不是生就是死。它代表着一只死去的猫和一只活着的猫的总和！但是，在历史上，四维空间被物理学家认为不过是一种好奇心的产物，有关高维空间的证据从来没有被发现过。当1919年物理学家西奥多·卡鲁扎（Theodor Kaluza）写出一篇备受争议的论文，提及高维空间的存在之后，这一切开始发生了改变。他从爱因斯坦的广义相对论入手，但将广义相对论放到了五维之中（时间是一个维度，空间是四个维度，因为时间是第四个时-空维度，现在物理学家将第四维度称作五维。）如果第五维度被压缩得越来越小，则方程式会魔法般地分裂为两个部分。其中之一描述爱因斯坦的标准相对论，但另一部分变成了麦克斯韦的光学理论！这样一来，一道隐形屏障将原子的古怪世界和人类的宏观世界隔离开来。对于原子世界而言，一切都由可能性的波来描述，在其中，原子可以同时存在于许多位置。在某个位置的波越大，在那一点发现粒子的可能性就越大。但对于大型物体来说，这些波就崩塌了，而物体存在于确切的状态中，因此常识就取得了胜利。·多元宇宙；宇宙的进化？在科学文献中讨论最激烈的有至少三种类型的平行宇宙：从外界来看，这一新的宇宙的诞生不会有多骇人，或许不比引爆一枚50万吨当量的核弹更惊人。它看起来会像是一个小气泡从宇宙中消失，造成了一次小型核爆炸。但是在气泡之内，或许有一个新的宇宙膨胀而出了。想象一个肥皂泡分裂或派生出一个更小的气泡，造成一个婴儿肥皂泡。同样地，在宇宙内，你将看到一场时空的wｗｗ.９９ｌｉｂonｅt巨大爆炸以及一个完整宇宙的诞生。卡鲁扎还对五维空间在何处作出了解答。由于我们没有见到关于第五维度的证据，它一定是被“卷”得非常小，以至于无法观察到（想象将一张二维的纸紧紧卷起，变成一根圆筒。从远处看去，圆筒就像一条一维的线条。这样，一件二维物体可以卷起来变成一件一维物体）。三维空间构成了古希腊几何学的根本基础。比如，亚里士多德在他的文章《论天》（On Heaven）中写道：“线只有一种量，面有两种，而体有三种。超越了这些的量不存在，因为总共就只有三种量。”在公元前150年，亚历山大城（Alexandria）的托勒密（Ptolemy）提出了第一条证明高维空间“不可能存在”的“证据”。在他的论文《论距离》（On Distance）中，他作了以下推理。作三条相互垂直的直线（就像构成房间角落的三条直线那样）。很明显，他说，与其他三条直线相互垂直的第四条直线是不可能画出来的，因此第四维空间肯定是不存在的（他证明的事实上是我们的大脑无法将第四维度视觉化。你桌上摆放的PC机一直都在超空间内进行运算）。（当客人们去爱因斯坦的家时，他会指着月亮发问：“月亮是因为有一只老鼠看着它所以存在的吗？”在某种意义上，哥本哈根派对此作出的回答或许会是肯定的。）因此，与其他和我们相近的量子宇宙相互影响的可能性并不是零，但是它随着我们身体内原子的数量快速减小。由于在你的体内有数万亿个原子，你能与由恐龙或者外星人组成的其他宇宙交流的可能性无穷小。你可以计算出，你或许要等待比宇宙的寿命还要长得多的时间才能等来这样的事件发生。在第十一维度中，可以存在一种新的数学对象，叫做膜（membrane，比如一个球体的表面）。这里有一种惊人的意见：如果一个人从十一维掉人十维，全部的五种超弦理论都会出现，从一层膜开始。因此，所有的五种超弦理论都不过是将一层膜从十一维时空转移到十维时空。这样一个文明必须利用巨大的核粒子加速器和大如一个太阳系或者星团的激光束来将巨大的能量集中于一点，以实现传说中的普朗克能量。这么做可能足以开大一个通往其他宇宙的虫洞或大门。一个III型文明宇宙可能会在踏上去其他宇宙的旅程时使用可供他们利用的巨大能量打开一个虫洞，离开死去的宇宙从头来过。如果宇宙有四个空间维度，那么引力的减弱应当与分离距离的立方成正比，如果宇宙有n个空间维度，那么引力应当以n－l次幂减弱。牛顿著名的反平方定律经测试被证明在天文距离下极为准确，那就是为什么我们能以惊人的精确度让空间探测器翱翔过土星的光环。但在近期之前，牛顿的反平方定律都从未在实验室中进行过短距离测试。这个构想并不新颖。多年前，当物理学家计算出点燃大爆炸所需的能量，“人们立刻开始好奇如果将大量能量放置于实验室的一个空间中会怎样——同时让许多大炮开火。你能集中足够的能最启动一场迷你大爆炸吗？”林第问。基普·索恩说：“到2020年，物理学家们会理解量子引力的定律，它将被发现是超弦理论的一种变型。”如果将足够的能量集中到一点上，所能得到的将是时空的一次坍缩，变成黑洞，再也没有其他的了。但是，在1981年，麻省理工学院的艾伦·古斯和林第提出了“暴胀宇宙”理论，它到如今已在宇宙学家中引起了巨大的兴趣，根据这一构想，大爆炸是从涡轮增压膨胀开始的，比过去所认为的快得多。（暴胀宇宙构想解决了宇宙学中的许多顽固问题，比如为什么宇宙如此均匀一致。无论我们看什么方位，从夜空的一部分到对面的一侧，我们看到的都是均匀单一的宇宙，尽管在大爆炸之后没有足够的时间让这些相距遥远的地区取得联系。根据暴胀宇宙理论，这一迷题的答案是时空的一小块相对均匀的碎片被放大成了整个我们可见的宇宙。）为了启动膨胀，古斯假设在时间的开端有微小的时空气泡，其中之一大大地膨胀，成为了今天的宇宙。这提出了我们的宇宙存在于一个其他宇宙的多元宇宙中的可能性。想象—大堆漂浮的肥皂泡，或者膜。每个肥皂泡代表一整个飘浮在一个更大的十—维超空间中的宇宙。这些肥皂泡可以与其他肥阜泡相互联合，或者破裂，甚至短暂出现又消失。我们可能生活在仅仅是这些肥皂泡宇宙之一的表面上。自然，大多数平行宇宙可能已经死去，由没形的亚原子粒子——比如电子和中微子——气体组成。在这些宇宙中，质子或许是不稳定的，因此我们所知的一切物质都会慢慢衰变和溶解。由原子和分子组成的复杂物质在许多这样的宇宙中或许不可能存在。尽管这些想法有部分显得令人难以置信，但物理学家已经对它们进行了严谨的考虑。比如，在试图理解大爆炸如何开始的时候，我们必须分析可能导致最初爆炸的条件。换言之，我们必须问：如何能在实验室里制造出一个婴儿宇宙？斯坦福大学的安德烈·林第（Andrei Linde）暴胀宇宙学说的创造者之一，他说如果我们能制造出婴儿宇宙，那“或许就是时候让我们重新将上帝定义为比仅仅是宇宙的创造者更为成熟的事物了”。具有讽刺意味的是，尽管量子理论是人脑有史以来提出的最成功的理论（通常精确到一百亿分之一以内），但它基于松散的机会、运气和概率之上。和牛顿理论不同，牛顿理论对物体的运动作出了确切、坚定的解答，量子理论只能给出一定的可能性。现代的奇迹，如激光、互联网、计算机、电视机、移动电话、雷达、微波炉等等，都建立在多变的可能性之上。在电视剧《旅行者——平行世界》（Sliders）中，一个年轻男孩从书中得到灵感，制造了一台能让他在平行宇宙间“滑翔”的机器（那孩子读的其实是我的书——《超空间》［Hyperspace］）。超弦理论的降临改变了这一切。超弦理论断定电子和其他亚原子粒子不过是一根弦的不同振动形式，它像一个微型橡皮筋那样起作用，如果击打橡皮筋，它将以不同的方式振动，每种振动相当于一种不同的亚原子粒子。这样，超弦理论解释了目前为止已经在我们的粒子加速器中发现的数百种亚原子粒子，爱因斯坦的理论事实上仅仅是弦最低水平的振动之一。爱因斯坦在几十年的时间里时不时地继续研究这一理论。当他在1955年去世后，这一理论很快被遗忘，仅仅成为物理发展史中一个古怪的注脚。这就是所谓的“人择原理”。比较温和的说法仅仅认为我们的宇宙是经微调后适宜生命的（因为我们在此是第一次作出这一论断）。比较激进的说法是：或许我们的存在是某种设计的副产品，或者有意而为。大多数宇宙学家会同意人择原理这个较为温和的说法，但是关于人择原理是能够带来新发现和新结论的新科学原理，还是仅仅对简单事实的陈述，则存在许多争论。超空间在量子宇宙学中，物理学家们从一个薛定谔方程的模拟入手，它支配电子和原子的波函数。他们使用作用于“宇宙波函数”的德维特-韦勒方程。通常，薛定谔波函数定义的是时间与空间中的每一点，因此你就可以计算在时间和空间的那一点寻找到电子的可能性。但是“宇宙波函数”定义的是所有可能存在的宇宙。如果宇宙波函数碰巧在定义某个特定宇宙时很大，那就意味着那个宇宙很可能会是一个特殊的宇宙。在古斯/法利的图景中，一个先进文明能创造出一个婴儿宇宙，但是物理常数（例如九-九-藏-书-网电子和质子的质量，以及四种力的强度）是相同的。但如果一个先进文明能够创造出基本常数略有不同的婴儿宇宙呢？那么，这一婴儿宇宙将能够随着时间“进化”，每一代的婴儿宇宙都与前一代略微不同。有一种平行宇宙是历史最悠久的辩论对象——高维空间。我们生活在三维（长、宽、高）空间内，这是常识。无论我们如何将一个物体在空间中移动，所有的方位都可以用这三种坐标表示。事实上，我们可以用这三个数字标出宇宙中任何物体的方位，从我们的鼻尖到所有星系最遥远的角落。第四维空间似乎有违常识。比如，如果让一个房间充满烟雾，我们不会看到烟雾消失在另一个维度中。我们不会在宇宙的任何地方见到物体突然消失，或者飘荡到另一个宇宙去。这意味着任何高维空间——如果它们的确存在的话，都必须比一个原子更小。如果这一构想正确，那它将可以解释宇宙的基本常数为什么是“微调”后适合生命的。这完全意味着具备适宜的基本常数的宇宙适合生命存在，是在多维宇宙中繁殖增生的宇宙。第三，我们的宇宙出自“虚无”有助于解释为什么宇宙的物质－能量内容总和是如此之小，甚至可能是零。当我们将物质的正能量和与引力相关的负能量相加，两者似乎完全相互抵消。根据广义相对论，如果宇宙是封闭的、有限的，那么宇宙的物质-能量总量应该刚好为零（如果我们的宇宙是开放的、无限的，这就不见得对了。不过暴胀理论确实表明我们宇宙中的物质-能量总量极小）。1994年，另一则令人吃惊的消息炸开了锅。普林斯顿高级研究所的爱德华·威腾（Edward Witten）和剑桥大学的保罗·汤森（Paul Townsend）推断，所有的五种弦理论其实是同一种弦理论——只要我们添加第十一个维度。从第十一维度的着眼点来看，所有的五种理论就合并成了一种！这理论终究是独一无二了，只要我们攀上第十一维的高峰。在黎曼非凡的发现于19世纪后期的欧洲广为传播之后，“第四维度”在艺术家、音乐家、作家、哲学家和画家中变得大受欢迎。艺术史学家琳达·达伦波（Linda Dalrymple）认为，毕加索的立体主义事实上是从第四维度获得了部分灵感（毕加索绘画中双眼面对前方、鼻子面向另一方的妇人是一次将四维角度形象化的尝试，因为从第四维空间可以同时看到妇人的脸、鼻子和后脑勺）。亨德森写道：“就如黑洞一样，‘第四维度’拥有神秘的特质，无法完全了解，哪怕是科学家们自己。不过，‘第四维度’的影响力远比黑洞或者其他1919年后更新的科学假说更为深远，除了广义相对论。”这并不是一个纯粹的学术性问题，因为宇宙中的所有智能生命终将面对宇宙的末日。最终，多元宇宙的理论或许能成为我们宇宙中所有智能生命的救赎。最近，来自正围绕地球运转的WMAP人造卫星的数据确认了宇宙正在以越来越快的速度膨胀。有一天，我们或许将全部在物理学家称作大冻结的浩劫中灭亡。最后，整个宇宙将陷入黑暗，天空中所有的星星都不会再闪耀，宇宙将由死去的星体、中子星和黑洞组成，甚至连这些天体的原子也可能会开始衰变。温度或许会达到接近绝对零度，使生命无法存在。卡鲁扎的论文最初引起了轰动。但在后来的岁月里，对他的理论出现了反对的声音。这一新的第五维度有多大？它是如何被卷起的？没有答案。因此，是否存在来自一个邪恶的、劫掠较弱的星球、屠杀自己敌人的星际联邦的波函数？或许有，但即便有的话，我们也已经与那个宇宙不相干了。——E.E.卡明斯（E.E.Cummings）这一切都在一种令人吃惊的新理论出现后发生了改变，这种理论叫超弦理论（super string theory）。到20世纪80年代为止，物理学家们一直被淹没在亚原子粒子的海洋中。每当他们使用强大的粒子加速器将一个原子打碎，都会发现有大量的新粒子被喷出。J.罗伯特·奥本海默声称诺贝尔物理学奖应当颁给当年没有发现任何新粒子的物理学家，这真叫人沮丧！名字听起来像希腊语的亚原子粒子数量激增，吓坏了恩里科·费米（他说：“要是我能记住所有这些粒子的名字，那我就能变成个植物学家了。”）经过数十年的辛勤工作，一种叫“标准模型”（standard model）的系统得以将粒子们进行分类。数十亿美元、数千工程和物理学家的汗水以及20个诺贝尔奖都一件一件地投入给了艰难集合而成的标准模型。这是一种真正了不起的理论，似乎与所有亚原子物理相关的实验数据都相符。如果我们把基本常数看作一个宇宙的“DNA”，那就意味着智能生命或许可以制造出与DNA有细微差别的DNA。最终，宇宙们将会进化，并且能够进行繁殖的宇宙将会是那些具有允许生命存在与繁荣的最佳“DNA”的宇宙。物理学家爱德华·哈里森（Edward Harrison）在过去由李·斯莫林（Lee Smolin）提出的想法基础上，提出了一种宇宙间的“自然选择”。支配多元宇宙的宇宙恰恰是那些具有最佳DNA的宇宙，它们符合先进文明产生的要求，而先进的文明又反过来制造出更多婴儿宇宙。“适者生存”意味着最适宜产生先进文明的宇宙能生存。有一种观点正在物理学家中越来越受认同，它被称作“消相干”。这一理论认为，所有这些平行宇宙都有可能，但我们的波函数已经与它们消相干了（即不再与它们一致振动），并因此不再与它们互动。这意味着在你的起居室里，你可能同时与恐龙、外星人、海盗、独角兽的波函数共存，它们全都深信它们的宇宙是“真正的”那个，但我们不再与它们“协调一致”了。其次，我们的宇宙的旋转为零。尽管科特·哥德尔用多年时间试图通过累加各个星系的旋转来证明宇宙在旋转，但如今天文学家们相信整个宇宙的旋转为零。如果宇宙出自“虚无”的话这个现象就很容易解释了，因为“虚无”的旋转为零。宇宙间进行联系？当前，我们的科技远不足以证明这些平行宇宙的存在。因此，所有这些平行宇宙都算作“二等不可思议”——如今不可能，但不与物理定律相悖。在长达数千年到数百万年的时间中，这些推测可能会成为一个III型文明新科技的基础。如前文所述，在太空中打开一个洞或者放大时空泡沫所必需的能量相当于普朗克能量。在那个水平上所有已知的物理学定律都将失效。时空在那个能量水平上不稳定，而这就开启了我们离开自己的宇宙的可能性（假设其他宇宙存在，并且我们没有在整个过程中被杀死的话）。麻省理工学院的麦克斯·泰格马克（Max Tegmark）认为，在50年内，“这些‘平行宇宙’的存在再不会比在100年前其他星系的存在更富争议——当时我们的宇宙被称为岛宇宙（island universe）。”这是令人震惊的发现。或许光的秘密隐藏在第五维度中！爱因斯坦本人也被这个解震撼了，它似乎给出了光和引力的完美统一（爱因斯坦对卡鲁扎的解法非常震惊，他反复思索了两年才最终同意让这篇论文发表）。爱因斯坦给卡鲁扎写信说道：“通过一根五维圆柱实现（一种统一理论）的想法我从来没想到过……一看之下，我非常喜欢你的想法……你的理论的形式统一令人吃惊。”（尽管这个“宇宙进化”构想颇具吸引力，因为它或许能解释人择原理问题，但该构想的难点在于其不九*九*藏*书*网可测试，并且无法被证明真伪。我们将不得不等到我们拥有一种完整的万物至理才能弄懂这一构想。）·超空间，或者高维空间；如果分析过去几个世纪的物理学，那么前一个世纪中最重要的成就是将所有基础物理学总结为两个伟大的理论：量子理论（以标准模型为代表）和爱因斯坦的广义相对论（描述万有引力），值得注意的是，它们合在一起代表了基础层次上所有物理学知识的总和。前者描述了非常微小的亚原子量子的世界，在那里粒子们表演了一场精彩的舞蹈，时有时无，在同一时间出现在两个不同地点。后者描述了巨大物体的世界，比如黑洞和大爆炸，并且使用了“光滑表面”、“拉伸的织物”以及“扭曲面”这样的语言。两种理论在各方面都截然相反，使用不同的数学、不同的假设和不同的物理图像。就好像大自然有两只手，哪只都不与对方进行沟通。此外，所有将两种理论联合的尝试都徒劳无功。在50年的时间里，试图强行促成量子理论和广义相对论联合的尝试都只产生了数量极多、毫无意义的结果。·量子平行宇宙。平行宇宙让我们得以探索“如果……会怎样”的世界，以及其美味、迷人的可能性。比如，在《超人》漫画中，有好几个平行宇宙，在那里，超人的家乡氪星（Krypton）没有爆炸，或者超人最终泄露了自己的身份：温文有礼的克拉克·肯特（Clark Kent），或者他娶了路易斯·莱恩并且有了超人宝宝。但是，平行宇宙仅仅是《阴阳魔界》的重演，还是在现代物理学中具备基础呢？但是，超弦理论的古怪特点在于这些弦只能在特定的时空维度中颤动，它们只能在十维中颤动。如果试图在其他维度中创造一种弦理论，它会在数学上崩溃。量子宇宙弦理论这一问题最辛辣的实例之一是著名的“薛定谔猫”（Schrodinger，s cat）问题（由量子理论的奠基人之一设计，他矛盾地提出了这一问题，为的是粉碎这一可能存在的解释）。薛定谔反对对他理论的这一解释，说：“如果有人非要坚持这该死的量子跳跃，那么我会后悔被卷进了这码事里。”“可是，先生，您的意思真的是，”彼得说，“会存在另外的世界——到处都有，比如就在拐角处？”与其他和我们的宇宙消相干的量子宇宙进行联系似乎非常不可能。我们与这些别的宇宙消相干的原因是我们的原子撞击周围环境中的无数其他原子，每当有碰撞发生，那个原子的波函数似乎会略有“崩溃”，即平行宇宙的数量减少。每次撞击都使可能性的数量减少。数万亿个这样的原子“迷你崩溃”的总数造成了我们身体的原子完全在一个有限状态中崩溃的假象。爱因斯坦的“客观实际”（objective reality）是一种幻觉，由我们的身体中有如此多的原子这一事实造成，每个原子都与另一个碰撞，每次都减少了可能存在的宇宙的数量。当然，我们的宇宙是四维的（三维的空间和一维的时间）。这意味着其他六维肯定以某种未知的方式崩溃了，或者就像卡鲁扎的第五维度那样卷起来了。薛定谔猫悖论是这样的：一只猫被放在一个密封盒子里。在盒中，一把枪瞄准了猫（扳机被与一个放置在一块铀旁边的盖革计数器［Geiger counter］相连接）。通常，当铀原子开始衰变，它会启动盖革计数器，随后使枪开火，把猫杀死。铀原子要么衰变，要么不会衰变。猫非生即死。这不过是常识。随着宇宙向那一点接近，一个面临宇宙最终死亡的先进文明可以考虑踏上去往其他宇宙的终极旅程。对于这些生物而言，选择是被冻死或者离开。物理定律对于所有智能生命而言是一道死刑执行令，但在这些定律之中有允许逃脱的条款。基督教神学家茫然不知如何解释天堂所在的位置，他们常常推测上帝居住在更高维度的层次中。令人吃惊的是，如果更高维空间的确存在，那么许多被认为是上帝所具备的特性或许会成为可能。一个高维空间的生物或许能够随意消失又出现，或者能够穿墙而过——这是通常被认为属于上帝的能力。这就留下了一些颇耐人寻味的问题：如果物理学家不能排除几种平行宇宙的可能形式，那么有可能与它们取得联系吗？有可能造访它们吗？或者来自其他宇宙的生物是否有可能已经拜访过我们？但是，尽管标准模型取得了实验上的巨大成功，但它却被一项严重缺陷所拖累。正如史蒂芬·霍金所说：“它很丑陋，并且是临时性的。”它包括至少19个自由参数（包括粒子质量和它们与其他粒子相互作用产生的强度）、36个夸克和反夸克、3个精确又丰富的亚粒子副本，以及许多名字古怪的亚原子粒子，比如τ中微子（tau neutrino）、杨－密尔斯胶子（Yang－Mills gluon）、希格斯玻色子（Higgs boson）、W玻色子（W boson）和Z粒子（Z particle）。更糟糕的是，标准模型没有提到引力。似乎很难相信大自然在其最重要、最根本的层面上会如此无序和极度不优雅。这是一种除去它的母亲之外不招任何人喜欢的理论。标准模型彻头彻尾的丑陋迫使科学家重新分析他们所有关于自然的假设，看看有什么地方大错特错了。超弦理论预测有多少宇宙？超弦理论有一个令人窘迫的特征——宇宙可能有上万亿上万亿个，个个符合相对论和量子理论。有一种估计宣布这样的宇宙可能有1古戈尔个（1古戈尔是1后面加上100个0）。此外，2008年在瑞士日内瓦郊外投入使用的大型强子对撞机将用于寻找名叫“超粒子”（sparticle 或 superparticle）的新型粒子，它是一种超弦较高的振动形式（你在自己周围所看到的一切都只是超弦的最低振动）。如果超粒子由LHC发现，那它可能标志着一场我们看待宇宙方式的革命，在这样的宇宙中，标准模型仅仅代表超弦的最低颤动。目前，关于如何解决这一争端并无一致意见，这个问题攻击着现代物理学的心脏。在会议上，有许多种理论相互激烈竞争。一种少数派意见认为，一定有一种“宇宙意识”遍布宇宙。当作出度量的时候，物体会突然出现，而作出度量的是有意识的生物。因此，必定有遍布宇宙的宇宙意识决定了我们所处的状态。有些物理学家——如诺贝尔奖得主尤金·维格纳辩称，这证明了上帝或某种宇宙意识的存在（维格纳写道：“不涉及意识就不可能完全一致地制定出［量子理论］的定律。”事实上，他甚至表达了对印度教吠檀多哲学［Vedanta philosophy］的兴趣，在这种学说中，宇宙被一种包含一切的意识所支配）。有些物理学家将这一构想推广得更远，达到科幻的程度，以提问是否有智慧的存在参与设计了我们的宇宙。因此，与量子平行宇宙取得联系的可能并不能被排除，伹由于我们已经与它们消相干，这会是极为稀有的事件。但是，在宇宙学中，我们会遭遇一种不同类型的平行宇宙：一种相互共存的多元宇宙，就像是在一个泡泡浴里漂浮的肥皂泡。在多元宇宙中与其他宇宙取得联系是一个不同的问题。这无疑是一个非常难以完成、但对于III型文明而言有可能的任务。当休·埃弗莱特与其他物理学家讨论他的“多宇宙”理论时，他获得的是令他困感不解或是漫不经心的反馈。有位物理学家，德克萨斯大学（University of Texas）的布九九藏书网莱斯·德维特（Bryce DeWitt）反对这一理论，因为“我感觉不到自己分裂但埃弗莱特说，这是类似于伽利略对那些说自己感觉不到地球在转动的批评者们的回答（最终德维特胜过了埃弗莱特一方，并且被称为这一理论的主要反对者）。这些膜宇宙也可能相撞，制造出宇宙焰火。普林斯顿的一些物理学家相信，我们的宇宙可能是1370亿年前两张巨大的膜相撞而产生的。那场巨大碰撞的冲击波造就了我们的宇宙，他们认为。值得注意的是，在探索这一奇怪想法的实验结果时，它们看起来符合目前绕地球运转的WMAP（威尔金森微波各向异性探测器）人造卫星发来的结果（它被称为“大冲撞”［big splat］理论）。正如费曼曾经写道的那样，量子力学“把自然描述得从常识观点看来荒诞可笑。并且它与实验结果完全一致。因此，我希望你们能够接受自然的本来面目——荒诞可笑。”剑桥大学的马丁·瑞斯爵士曾经写道，这一精确的调节其实是多元宇宙的铁证。有五种物理常数（比如不同的力的强度）被微调到适宜生命的存在，他认为还有无限多的宇宙，其自然参数不符合生命的要求。关于超弦理论还有一个令人不安的问题：为什么超弦理论必须有五个不同的版本？超弦理论可以成功统一量子理论和万有引力，但要做到这点可以有五种方式。这相当令人尴尬，因为大多数物理学家都想要一种独一无二的“万物至理”。比如，爱因斯坦想知道是否“上帝在创造宇宙的时候有其他选择”。他的信念是，统—切的场理论应当是唯一的。那么，为什么会有五种超弦理论？除了高维空间和多元宇宙之外，还有一种类型的平行宇宙，它使爱因斯坦头痛不已，如今仍不断折磨着物理学家们，那就是由普通量子力学预测的量子宇宙。量子物理学中的矛盾似乎非常棘手，以至于诺贝尔奖得主理査德·费曼喜欢说，没有谁真正懂得量子理论。为何物理学家们想要制造一个宇宙？林德说：“从这个角度看来，我们人人都能成为上帝。”但是，希望制造一个新宇宙有更加实际的理由：最终，从我们的宇宙的死亡中逃脱。量子理论如麻省理工学院物理学家艾伦·古斯（Alan Guth）所说：“有一个宇宙，在那里猫王仍然活着，阿尔·戈尔（Al Gore）是总统。”诺贝尔奖得主弗兰克·维尔泽克（Frank Wilczek）说：“我们脑中时常浮现出这样的意识，有无穷多我们自身的轻微变异版本正过着他们的平行人生，每一刻都有更多复制品突然出现，开始延续我们那许许多多的‘另一种’未来。”数十年来，“多世界”理论在晦暗不明中失去了活力。它太奇异了，不像是真的。埃弗莱特在普林斯顿的顾问约翰·韦勒（John Wheeler）最终总结说，与该理论相联系的“额外累赘”太多。但埃弗莱特的理论如今突然风行起来原因是物理学家试图将量子理论应用于最后一块拒绝被量子化的领域——宇宙本身。将测不准原理运用于整个宇宙会自然得出多元宇宙。最近的一场争论在2006年爆发，物理学家们开始严肃对待使用磁单极子点燃婴儿宇宙的提议。尽管只具有正极或者负极的磁单极粒子从未被发现过，但据信它们支配过最初的早期宇宙。它们过于巨大，很难在实验室里制造。但正是由于它们如此巨大，如果我们将更多能量注入一个磁单极子中，我们或许能够点燃一个婴儿宇宙，使其膨胀，变成一个真正的宇宙。霍金推动了这一观点。他宣布，我们的宇宙是宇宙中特殊的存在。我们的宇宙波函数较大，而对于其他大多数宇宙则接近零。这样，其他宇宙存在于多元宇宙中就有了微小但是确定的可能性。事实上，霍金试图用这种方式得出膨胀率。在这幅图景中，一个膨胀的宇宙比不膨胀的宇宙更有可能存在，因此我们的宇宙是膨胀的。在长达两千年的时间里，任何胆敢谈论第四维度的数学家都要冒被嘲讽的风险。在1685年，数学家约翰·瓦里斯（John Wallis）攻击第四维度，称它为“造化的怪胎，比凯米拉和半人马更不靠谱。”在19世纪，“数学王子”卡尔·高斯（Karl Gauss）计算出了大量第四维度相关的数学，但由于它们可能引起激烈的攻击而不敢发表。但是，高斯私下做了实验，测试平面的三维古希腊几何学是否的确描述了整个宇宙。在一次实验中，他让助手们留在三座山顶上，每人手执一盏灯笼，由此构成了一个巨大的三角形。高斯随后测量三角形每个角的度数。让他失望的是，他发现三角形的内角和都是180°。他总结说，如果规范的古希腊几何学有什么误差的话，那么这些误差—定非常微小，无法用他的灯笼发现。一下子，暴胀宇宙理论解答了大量的宇宙学疑问。除此之外，它符合所有如今从太空中WMAP和COBE人造卫星源源不断传来的数据。事实上，它无疑是大爆炸理论的主要候选者。事实上，有一种理论认为暗物质——一种包围宇宙的不可见物质，也许是漂浮于一个平行宇宙中的普通物质。正如H.G.威尔斯的小说《隐形人》中那样，一个人如果漂浮于我们之上的第四维中，他就会隐形。想象两张平行的纸张，有人漂浮于其中上方的纸张之上。“没有比这更有可能的事情了，”教授说……当他低声自言自语，“我奇怪他们究竟在学校里教了他们什么。”除了高维空间之外，超弦理论还预测了其他平行宇宙，那就是“多元宇宙”。首次在短距离内测试反平方定律的实验于2003年在科罗拉多大学进行，结果为负。看来不存在平行宇宙，至少在科罗拉多没有。但是这一负结果只不过吊起了其他物理学家们的胃口，他们希望这一实验能以更高的精确度再次进行。听着：隔壁还有另一个浩瀚宇宙，咱们去吧！要解决这一高难度的悖论有几种方式。量子理论的缔造者相信哥本哈根派，认为一旦打开盒子，就可以作出衡量，并且判断猫是死是活，波函数“崩塌”成了一个单独的状态，常识开始掌控一切。波已经消失，只留下粒子。这意味着，猫现在进入了一种确定的状态（不是生就是死），并且不再被波函数所描述）多元宇宙他们发现，如果将足够的能量集中在一点上，微小的时空气泡会自动生成。但如果气泡过小，它们会消失，回复到时空泡沫中去。只有当气泡够大的时候，它们才能膨胀成一个完整的宇宙。为了解答这些令人不安的疑问，麻省理工学院的艾伦·古斯和爱德华·法利（Edward Fahri）于1987年提出了另一个假设性的问题：一个先进的文明会如何使自己的宇宙膨胀？他们认为，如果他们能够回答这个问题，他们或许也就能够回答为什么宇宙以膨胀开始这个深层次问题。近来，物理学家们对证明这些高维空间的存在进行了严肃的思考。或许证明高维空间存在的最简单方法是从牛顿的万有引力定律中找出差错。在高中里，我们学到当我们进入太空的时候地球引力会减小，更精确地说，引力的减小与距离的平方成正比。但这只是因为我们生活在一个三维世界中（想象一个包围地球的球体。地球的引力均匀地展开，遍布球体表面。如此一来，球体越大，引力越小。伹由于球体表面大小与其半径的平方成正比，遍布球九九藏书网体表面的引力的强度会与半径的平方成反比）。自1987年以来，已有许多理论试图验证引入能量是否可以使一个大气泡膨胀成一整个宇宙。最被广为接受的理论是，一种名叫暴胀子（inflaton）的新粒子破坏了时空的稳定，造成这些气泡形成与膨胀。第十一维度给予了我们全新的图景。它还意味着或许宇宙本身是一张膜，漂浮在一个十一维时空中。而且，并非所有这些维度都必须很小，事实上，有些维度可能是无限大的。四维空间还出现在一些H·G.威尔斯的作品中，包括《隐行人》（The Invisible Man）、《普拉特纳的故事》（The Plattner Story）和《奇异的探访》（The Wonderful Visit）（在后者中——它从此成了大量好莱玛电影和科幻小说的灵感基础，我们的宇宙与一个平行宇宙相撞。一位来自另一个宇宙的可怜的天使在偶然被猎人射中后落入了我们所在的宇宙。我们宇宙中的贪婪、小气和自私使天使感到恐惧，并且最终自杀）。以这种方式，有推测称，暗物质或许是一个溧浮于我们之上另一个膜宇宙中的普通星系。我们能够感觉到这个星系的引力，因为引力会慢慢在宇宙之间流动，但是另一个星系对我们而言会是不可见的，因为光在星系下面移动，这样，这个星系将具有引力，但不可见，这符合对于暗物质的描述（还有另一种可能，暗物质或许由超弦的下一级振动组成。我们看到的周围的一切，比如原子和光，都不过是超弦的最低振动。暗物质可能是较高振动的集合）。罗伯特·海茵莱因（Robert Heinlein）也在《野兽们》（The Number of the Beast）中用略带挖苦的方式对平行宇宙进行了探索。海茵莱因想象了四个勇敢的人驾驶着一位疯子教授的跨维度跑车在平行宇宙中嬉闹冒险。“量子宇宙学”的概念最初似乎在名称上是自相矛盾的：量子理论涉及的是极小的原子世界，而宇宙学涉及的是整个宇宙。但想想这个：在大爆炸的那一刻，宇宙比一个电子还小得多。每一个物理学家都认同电子必须被量子化，即它们是由一个或然性波动方程（狄拉克方程）描述的，并且能存在于平行状态中。因此，如果电子必须被量子化，如果宇宙曾经小于一个电子，那么宇宙一定也存在于平行状态中——一种自然通往“多世界”的方式。另一些画家也进行了关于四维的创作。在萨尔瓦多·达利（Salvador Dali）的《十字架上的基督》（Christus Hypercubus）中，基督被钉在—个模样古怪、漂浮着的三维十宇架上，那其实是一个超立方体，一个未展开的四维立方体；在达利著名的《记忆的永恒》（The Persistence of Memory）中，他试图将时间表现为第四维度，因此用那只融化的钟作为隐喻。马塞尔·杜尚（Marcel Duchamp）的《走下楼梯的裸女》（Nude Descending a Staircase）试图通过捕捉一位走下楼梯的裸女的时移动态来表现时间是第四维度。第四维甚至出现在王尔德的短篇小说《坎特维尔的幽灵》（The Canterville Ghost）中，一个居住在四维空间中的幽灵在一座房屋里徘徊不去。——C.S.刘易斯（C.S.Lewis）《狮子、女巫和魔衣橱》（The Lion，The Witch and the Wardrobe）高斯将问题留给了他的学生格奥尔格·波恩哈德·黎曼（Georg Bernhard Riemann），黎曼写下了基础高维度数学（在数十年后被大量引入了爱因斯坦的广义相对论中）。在一阵强烈的反对旋风中，在一次黎曼所作的著名演说中，他推翻了有两千年历史的古希腊几何学，并且建立了高等、弯曲的维度的基本数学，至今我们仍然在使用它。近来，平行宇宙的概念成了理论物理学家之间辩论最为热烈的话题之一。事实上，有数种形式的平行宇宙迫使我们重新思考“真实”的含义。在这一有关各种平行宇宙的辩论中，最处于风口浪尖的莫过于真实的含义本身。然而，尼尔斯·玻尔的哥本哈根解释在应用于整个宇宙的时候遇到了问题。哥本哈根解释尽管在地球上的每一门博士阶段的量子力学课程中都要传授，但它依靠的是一个作出观察的“观察者”和波函数的崩溃。定义宏观世界时观察程序是必不可少的。但是在观察整个宇宙的时候，怎么能置身宇宙“之外”呢？如果有一个波函数描述了宇宙，那么一个“在外面”的观察者如何能使宇宙的波函数崩溃？事实上，有些人将从宇宙“之外”观察宇宙的不可行视作哥本哈根解释的致命缺陷。这就像从一架相机里看一幅焦点没对准的画面。这与微观世界相符合，在那里一切都似乎是失真和模糊的。但随着你调整相机的焦距，画面就会变得越来越明晰。这对应了数万亿次与邻近原子的微型碰撞，每次都减少了可能存在的宇宙。以这个方法，我们能顺畅地完成从模糊的微观世界到宏观世界的转变。实验室中的婴儿宇宙平行宇宙真的可能存在吗？他们是好莱坞编剧最爱的设定，就像在《星舰迷航》名为《镜子，镜子》（Mirror，Mirror）的一集中那样。科克船长被意外传送到了一个古怪的平行宇宙中。在那里，星际联邦是一个由野蛮征服、贪婪和掠夺维系的邪恶帝国。在那个宇宙中，史波克（Spock）留着吓人的胡子，而科克船长是一群贪婪的海盗的首领，通过奴役敌人和暗杀上级往上爬。大多数博士阶段的物理学课本都虔诚地忠于最初的哥本哈根派，但许多研究物理学家已经抛弃了它。我们现在拥有纳米技术，并且能操控单个原子，因此时有时无的原子可以用我们的扫描隧道显微镜进行任意控制。没有隐形的“墙”分隔微观和宏观世界，有的只是一个连续统一的整体。然而，暴胀宇宙理论提出了一系列令人窘迫的问题。这个气泡为什么会开始膨胀？是什么使膨胀停止，造成了如今的宇宙？如果膨胀曾经发生过，那么它还会再次发生吗？具有讽刺意味的是，尽管宇宙膨胀构想是宇宙学中的先锋理论，但关于是什么使得膨胀开始以及它为何停止却几乎一无所知。我们的宇宙来自时空泡沫的“虚无”，这一理论似乎完全无法验证，但它符合一些简单的观测结果。首先，许多物理学家指出，我们宇宙中的正电荷总数和负电荷总数相抵刚好为零，这非常惊人，至少在实验的精确性之内是如此。我们认为太空中的引力是主导力量，这是事实，但这不过是由于正负电荷精确地相互抵消了。如果地球上的正负电荷之间出现最最微小的不平衡，那么它或许就足以将地球撕裂，战胜将地球维持成一个整体的引力。要解释正负电荷之间如此平衡有一个简单的方法：假设我们的宇宙来自于“虚无”，并且“虚无”没有电荷。其他平行宇宙则可能恰恰相反，具有远远超出我们想象的复杂物质形式。它们可能并不只有一种由质子、中子和电子组成的原子，而是具有数量令人眼花缭乱的其他稳定物质形态。努力加载中...