《瞬息全宇宙》横扫了今年的奥斯卡，杨紫琼也成为了首位亚裔奥斯卡影后。但影片围绕的主题——多重宇宙——究竟是科幻还是科学？这其实在宇宙学家间曾引发了一场争议。
宇宙学家乔治·埃利斯（George Ellis）对平行宇宙持怀疑态度，还撰文讲述他的观点。作为回应，多重宇宙假说的拥趸马克斯·泰格马克（Max Tegmark）撰写此文予以反驳，阐述了多重宇宙假说为何能够解释我们存在的宇宙的诸多特征，以及实验上又该如何检验多重宇宙假说。
撰文 | 马克斯·泰格马克（Max Tegmark）
翻译 | 蔡一夫
我们真的生活在一个多重宇宙中吗？抑或这种说法已经超出了科学的范畴？
从建立伊始，多重宇宙的说法就不受待见。布鲁诺提出了有着无限空间的多元宇宙，却在1600年被活活烧死。休·埃弗里特（Hugh Everett）因为坚持量子多重宇宙诠释而丢了工作，其物理生涯于1957年宣告终结。甚至我自己也亲身体会到了人们对多重宇宙说法的敌意：一些资深同行认为我所发表的那些有关多重宇宙的论文疯狂无比，迟早会毁掉我的职业生涯。然而，近些年来人们对多重宇宙的态度已经发生了天翻地覆的变化。平行宇宙的概念频频出现在书本、电影当中，无所不在。甚至有了这样的玩笑：“你在很多平行宇宙中都通过了考试——但不包括这个。”
虽然还没能让科学家达成共识，但对多重宇宙的公开讨论已然带来了很多改变。学术辩论不再是科学家互相叫喊，而是逐渐变得更加关注细节，更加开诚布公地了解对方的观点。乔治·埃利斯的这篇新作正是一个很好的例子。如果你还没有看过，我强烈推荐你读一下。
当说起我们的宇宙，我指的是自大爆炸以来的约138亿年里，光线能够到达地球的球形区域（这就是可观测宇宙的定义）。在讨论平行宇宙时，我认为可以从四个不同的层面去区分理解。第Ι层：与我们的宇宙具有相同物理规律的遥远空间区域，但因为初始条件不同，演化历史亦不相同；第ΙΙ层：物理规律都不同的其他空间区域；第ΙΙΙ层：希尔伯特空间中的平行世界，现实的量子特性在其中得以呈现；第ΙV 层：由完全不同的数学语言定义的空间区域，与我们的宇宙毫无关联。
在他的文章中，乔治把支持多重宇宙的论据进行了分类，并指出它们都存在问题。
我总结了他反对多重宇宙的理由，如下：
1）暴胀学说可能是错的（或者不是永恒暴胀）
2）量子力学可能是错的（或者不遵循幺正性）
3）弦论可能是错的（或者没有多重解）
4）多重宇宙学说可能无法被证伪
5）一些支持多重宇宙学说的证据并不可靠
6）宇宙微调论证的假设太多了
7）多重宇宙的“多重”是个无底洞
（实际上，乔治在他的文章中并没有提到第二条。这里加上是因为，如果编辑允许他的文章篇幅超过六页的话，他一定会提出来。）
那么，我怎么看待这些批评呢？事实上，这七条理由我全都同意。但即便如此，我仍愿意赌上全部身家，认为多重宇宙的确存在！
让我们先来探讨一下前四条理由。暴胀学说很容易实现第Ι层多重宇宙，如果加上弦论，就能实现第ΙΙ层多重宇宙。量子力学的数学最简形式（即满足“幺正性”）会实现第ΙΙΙ层多重宇宙。如果这些理论都错了，多重宇宙存在的关键证据也就倒塌了。
请记住：平行宇宙不是一个理论——它们是一些理论的预测。
以太阳系为中心的可观测宇宙艺术图（对数尺寸）。 来源：维基百科
我认为关键之处在于，如果某个理论是科学的，研究并讨论这一理论的所有结论就完全合情合理，即使某些结论无法直接观测、证实。如果一个学说能够被证伪，我们不需要观察、检验它的所有预测，只需要保证至少一个即可。因此，我对第四条理由的回复就是，科学上能够被验证的是数学化的理论，而不一定是理论的预测。举个例子，因为爱因斯坦的广义相对论成功地做出了我们可以观察的预测，所以我们也会认真对待它做出的那些无法观察的预测，就比如黑洞里发生的事情。
类似地，如果我们认为暴胀学说和量子力学迄今为止做出的成功预测令人赞叹，那我们就同样需要认真看待它们的其他预测，包括第Ι层和第ΙΙΙ层多重宇宙。乔治甚至提到，或许有一天永恒暴胀就被观测排除了——在我看来，他的说法正好印证了永恒暴胀学说的科学性。
目前来看，在可检验性方面，弦论显然还不能跟暴胀学说和量子力学相提并论。然而我怀疑，即使弦论最终证明是错的，第ΙΙ层多重宇宙仍然有可能存在。数学方程拥有多个解的现象很常见。只要描述现实世界的基本方程存在多个解，那么永恒暴胀形成巨大的空间区域，就能够实现每一种解。例如，描述水分子运动的方程式（与弦论毫无干系）可以给出三种不同的解，分别对应水蒸气、液态水和固态冰。类似地，如果空间本身也存在不同的相态，那么暴胀将倾向于实现所有的相态。
乔治列举了很多所谓支持多重宇宙学说的观测证据，并指出它们都不可信，比如表明某些自然常数可能并非常数的证据，以及留在宇宙微波背景辐射上，表明宇宙曾与其他宇宙撞击，或存在奇特连通空间的证据。对于这些似是而非的观测证据，我与他持同样的质疑态度。但是，这些争议只和数据分析有关，跟当年冷核聚变闹剧的情况一样。在我看来，科学家进行观测、探讨数据细节，进一步说明了多重宇宙学说属于科学的范畴，这也正是区分科学与非科学争论的重要一点！
乍看之下，我们存在的宇宙似乎为生命的出现做了种种令人难以置信的精细调节，哪怕是把众多物理常数中的任何一个，稍微变那么一点点，我们理解的生命就绝不会出现了。这是为什么呢？如果存在诸多物理常数各不相同的ΙΙ层多重宇宙，那人类出现在罕见的宜居宇宙也就不足为奇了，就好像我们不会惊讶于人类生活在地球上，而不是水星或海王星上。乔治反对人们用多重宇宙学说得出这个结论，但其实这正是我们检验任何一个科学理论的方法，即假定一个理论是对的，再推导出结论。如果结论跟观测不符，这个理论就没用了。有些参数的精细调节看起来的确极为尴尬。例如，我们需要将暗能量参数的大小精确调整到小数点后约123位，宇宙中才会出现宜居星系。我相信，无法解释的巧合很可能就是我们认知的盲区。面对这样的巧合，只是觉得“我们就是走运，别再想着非要找出什么解释！”不仅无法让人信服，而且忽视了发掘新科学的重要线索。
乔治认为，如果我们把“一切有可能发生之事都会发生”太当真的话，就会滑入更为庞大的多重宇宙深渊，也就是第ΙV层多重宇宙图像。然而这恰好是我最心仪的多重宇宙图像。作为少数拥趸者之一，我非常乐于深陷其中！
乔治还提到，多重宇宙学说引入了太多不必要的复杂性，与奥卡姆剃刀法则相悖。不过作为一名理论物理学家，我判断一个理论是否优雅、简洁，是看它的数学方程，而不是看理论本身。让我惊奇的是，数学形式最简单的理论往往会给出存在多重宇宙的预测。事实证明，很难写出一个完美的理论，能恰好描述我们观测到的宇宙而不存在任何冗余。
我最后补充一个反对多重宇宙的理由。虽然乔治没有提到，但我觉得对大多数人来说，它或许是最有说服力的，即平行宇宙太诡异了，听起来不太靠谱。
我已经仔细讨论了那些反对多重宇宙学说的观点，接下来就让我们多了解一些支持多重宇宙学说的观点吧。我认为，如果人们接受“外部现实假说”（External Reality Hypothesis），所有的争议都将不复存在。这种假说认为，存在完全独立于人类的物理实在。一旦认可这个假说，那么大多数批评多重宇宙学说的观点都是以下三个可疑假设的组合：
1）全面假设：对于某个物理实在，原则上至少要有一名观测者能够观测到它的全部信息。
2）可教化假设：物理实在必须能被所有接受过适当教育的观测者直观地理解。
3）不可复制假设：不存在这样的物理过程，能够复制观测者，或是创造出主观上不可区分的观测者。
假设（1）和（2）显然来自于人类的傲慢无知。全面假设相当于重新定义了“存在”的概念，将它等价于人类可观测的事物。这跟将脑袋埋在沙砾中的鸵鸟并无二致。可教化假设的支持者早已不再相信孩童时期听过的美好童话，比如圣诞老人、局域实体论、牙仙、创世说，但他们还需要努力思考，才能摆脱更加根深蒂固的传统认知。在我个人看来，科学家的职责是搞清楚这个世界的运作规律，而不是根据人类的哲学成见来臆想世界该如何运作。
如果全面假设是错误的，那么不可观测的事物就有可能存在，这也就意味着我们可能生活在多重宇宙中。如果可教化假设是错误的，那么批评多重宇宙论过于诡异的论调在逻辑上就不值一驳。如果不可复制假设是错误的，那就意味着没有什么实质依据，能够否认外部现实中存在你的副本。事实上，永恒暴胀和满足幺正性的量子力学都存在实现这些过程的机制。
人类对大自然的认知往往是狂妄的。我们曾傲慢地以为自己是宇宙中心，天地万物都在围绕着人类运转。但后来我们逐渐发现，是人类围绕太阳公转，而太阳也不过是银河系中无数璀璨恒星中的普通一员。
正是由于物理学的突破，我们才有可能更为深入地了解世界的本质。随着对世界了解的深入，人类将变得愈加谦卑，这或许对我们有利无弊。作为回报，人类将生活在一个更加宏伟的世界，一个超越人类祖先最狂野想象的世界。
本文摘录自《环球科学》宇宙专刊《多重宇宙是科学，还是科幻？》，《多重宇宙的反击》
《瞬息全宇宙》横扫了今年的奥斯卡，杨紫琼也成为了首位亚裔奥斯卡影后。但影片围绕的主题——多重宇宙——究竟是科幻还是科学？这其实在宇宙学家间曾引发了一场争议。
宇宙学家乔治·埃利斯（George Ellis）对平行宇宙持怀疑态度，还撰文讲述他的观点。作为回应，多重宇宙假说的拥趸马克斯·泰格马克（Max Tegmark）撰写此文予以反驳，阐述了多重宇宙假说为何能够解释我们存在的宇宙的诸多特征，以及实验上又该如何检验多重宇宙假说。
撰文 | 马克斯·泰格马克（Max Tegmark）
翻译 | 蔡一夫
我们真的生活在一个多重宇宙中吗？抑或这种说法已经超出了科学的范畴？
从建立伊始，多重宇宙的说法就不受待见。布鲁诺提出了有着无限空间的多元宇宙，却在1600年被活活烧死。休·埃弗里特（Hugh Everett）因为坚持量子多重宇宙诠释而丢了工作，其物理生涯于1957年宣告终结。甚至我自己也亲身体会到了人们对多重宇宙说法的敌意：一些资深同行认为我所发表的那些有关多重宇宙的论文疯狂无比，迟早会毁掉我的职业生涯。然而，近些年来人们对多重宇宙的态度已经发生了天翻地覆的变化。平行宇宙的概念频频出现在书本、电影当中，无所不在。甚至有了这样的玩笑：“你在很多平行宇宙中都通过了考试——但不包括这个。”
虽然还没能让科学家达成共识，但对多重宇宙的公开讨论已然带来了很多改变。学术辩论不再是科学家互相叫喊，而是逐渐变得更加关注细节，更加开诚布公地了解对方的观点。乔治·埃利斯的这篇新作正是一个很好的例子。如果你还没有看过，我强烈推荐你读一下。
当说起我们的宇宙，我指的是自大爆炸以来的约138亿年里，光线能够到达地球的球形区域（这就是可观测宇宙的定义）。在讨论平行宇宙时，我认为可以从四个不同的层面去区分理解。第Ι层：与我们的宇宙具有相同物理规律的遥远空间区域，但因为初始条件不同，演化历史亦不相同；第ΙΙ层：物理规律都不同的其他空间区域；第ΙΙΙ层：希尔伯特空间中的平行世界，现实的量子特性在其中得以呈现；第ΙV 层：由完全不同的数学语言定义的空间区域，与我们的宇宙毫无关联。
在他的文章中，乔治把支持多重宇宙的论据进行了分类，并指出它们都存在问题。
我总结了他反对多重宇宙的理由，如下：
1）暴胀学说可能是错的（或者不是永恒暴胀）
2）量子力学可能是错的（或者不遵循幺正性）
3）弦论可能是错的（或者没有多重解）
4）多重宇宙学说可能无法被证伪
5）一些支持多重宇宙学说的证据并不可靠
6）宇宙微调论证的假设太多了
7）多重宇宙的“多重”是个无底洞
（实际上，乔治在他的文章中并没有提到第二条。这里加上是因为，如果编辑允许他的文章篇幅超过六页的话，他一定会提出来。）
那么，我怎么看待这些批评呢？事实上，这七条理由我全都同意。但即便如此，我仍愿意赌上全部身家，认为多重宇宙的确存在！
让我们先来探讨一下前四条理由。暴胀学说很容易实现第Ι层多重宇宙，如果加上弦论，就能实现第ΙΙ层多重宇宙。量子力学的数学最简形式（即满足“幺正性”）会实现第ΙΙΙ层多重宇宙。如果这些理论都错了，多重宇宙存在的关键证据也就倒塌了。
请记住：平行宇宙不是一个理论——它们是一些理论的预测。
以太阳系为中心的可观测宇宙艺术图（对数尺寸）。 来源：维基百科
我认为关键之处在于，如果某个理论是科学的，研究并讨论这一理论的所有结论就完全合情合理，即使某些结论无法直接观测、证实。如果一个学说能够被证伪，我们不需要观察、检验它的所有预测，只需要保证至少一个即可。因此，我对第四条理由的回复就是，科学上能够被验证的是数学化的理论，而不一定是理论的预测。举个例子，因为爱因斯坦的广义相对论成功地做出了我们可以观察的预测，所以我们也会认真对待它做出的那些无法观察的预测，就比如黑洞里发生的事情。
类似地，如果我们认为暴胀学说和量子力学迄今为止做出的成功预测令人赞叹，那我们就同样需要认真看待它们的其他预测，包括第Ι层和第ΙΙΙ层多重宇宙。乔治甚至提到，或许有一天永恒暴胀就被观测排除了——在我看来，他的说法正好印证了永恒暴胀学说的科学性。
目前来看，在可检验性方面，弦论显然还不能跟暴胀学说和量子力学相提并论。然而我怀疑，即使弦论最终证明是错的，第ΙΙ层多重宇宙仍然有可能存在。数学方程拥有多个解的现象很常见。只要描述现实世界的基本方程存在多个解，那么永恒暴胀形成巨大的空间区域，就能够实现每一种解。例如，描述水分子运动的方程式（与弦论毫无干系）可以给出三种不同的解，分别对应水蒸气、液态水和固态冰。类似地，如果空间本身也存在不同的相态，那么暴胀将倾向于实现所有的相态。
乔治列举了很多所谓支持多重宇宙学说的观测证据，并指出它们都不可信，比如表明某些自然常数可能并非常数的证据，以及留在宇宙微波背景辐射上，表明宇宙曾与其他宇宙撞击，或存在奇特连通空间的证据。对于这些似是而非的观测证据，我与他持同样的质疑态度。但是，这些争议只和数据分析有关，跟当年冷核聚变闹剧的情况一样。在我看来，科学家进行观测、探讨数据细节，进一步说明了多重宇宙学说属于科学的范畴，这也正是区分科学与非科学争论的重要一点！
乍看之下，我们存在的宇宙似乎为生命的出现做了种种令人难以置信的精细调节，哪怕是把众多物理常数中的任何一个，稍微变那么一点点，我们理解的生命就绝不会出现了。这是为什么呢？如果存在诸多物理常数各不相同的ΙΙ层多重宇宙，那人类出现在罕见的宜居宇宙也就不足为奇了，就好像我们不会惊讶于人类生活在地球上，而不是水星或海王星上。乔治反对人们用多重宇宙学说得出这个结论，但其实这正是我们检验任何一个科学理论的方法，即假定一个理论是对的，再推导出结论。如果结论跟观测不符，这个理论就没用了。有些参数的精细调节看起来的确极为尴尬。例如，我们需要将暗能量参数的大小精确调整到小数点后约123位，宇宙中才会出现宜居星系。我相信，无法解释的巧合很可能就是我们认知的盲区。面对这样的巧合，只是觉得“我们就是走运，别再想着非要找出什么解释！”不仅无法让人信服，而且忽视了发掘新科学的重要线索。
乔治认为，如果我们把“一切有可能发生之事都会发生”太当真的话，就会滑入更为庞大的多重宇宙深渊，也就是第ΙV层多重宇宙图像。然而这恰好是我最心仪的多重宇宙图像。作为少数拥趸者之一，我非常乐于深陷其中！
乔治还提到，多重宇宙学说引入了太多不必要的复杂性，与奥卡姆剃刀法则相悖。不过作为一名理论物理学家，我判断一个理论是否优雅、简洁，是看它的数学方程，而不是看理论本身。让我惊奇的是，数学形式最简单的理论往往会给出存在多重宇宙的预测。事实证明，很难写出一个完美的理论，能恰好描述我们观测到的宇宙而不存在任何冗余。
我最后补充一个反对多重宇宙的理由。虽然乔治没有提到，但我觉得对大多数人来说，它或许是最有说服力的，即平行宇宙太诡异了，听起来不太靠谱。
我已经仔细讨论了那些反对多重宇宙学说的观点，接下来就让我们多了解一些支持多重宇宙学说的观点吧。我认为，如果人们接受“外部现实假说”（External Reality Hypothesis），所有的争议都将不复存在。这种假说认为，存在完全独立于人类的物理实在。一旦认可这个假说，那么大多数批评多重宇宙学说的观点都是以下三个可疑假设的组合：
1）全面假设：对于某个物理实在，原则上至少要有一名观测者能够观测到它的全部信息。
2）可教化假设：物理实在必须能被所有接受过适当教育的观测者直观地理解。
3）不可复制假设：不存在这样的物理过程，能够复制观测者，或是创造出主观上不可区分的观测者。
假设（1）和（2）显然来自于人类的傲慢无知。全面假设相当于重新定义了“存在”的概念，将它等价于人类可观测的事物。这跟将脑袋埋在沙砾中的鸵鸟并无二致。可教化假设的支持者早已不再相信孩童时期听过的美好童话，比如圣诞老人、局域实体论、牙仙、创世说，但他们还需要努力思考，才能摆脱更加根深蒂固的传统认知。在我个人看来，科学家的职责是搞清楚这个世界的运作规律，而不是根据人类的哲学成见来臆想世界该如何运作。
如果全面假设是错误的，那么不可观测的事物就有可能存在，这也就意味着我们可能生活在多重宇宙中。如果可教化假设是错误的，那么批评多重宇宙论过于诡异的论调在逻辑上就不值一驳。如果不可复制假设是错误的，那就意味着没有什么实质依据，能够否认外部现实中存在你的副本。事实上，永恒暴胀和满足幺正性的量子力学都存在实现这些过程的机制。
人类对大自然的认知往往是狂妄的。我们曾傲慢地以为自己是宇宙中心，天地万物都在围绕着人类运转。但后来我们逐渐发现，是人类围绕太阳公转，而太阳也不过是银河系中无数璀璨恒星中的普通一员。
正是由于物理学的突破，我们才有可能更为深入地了解世界的本质。随着对世界了解的深入，人类将变得愈加谦卑，这或许对我们有利无弊。作为回报，人类将生活在一个更加宏伟的世界，一个超越人类祖先最狂野想象的世界。
本文摘录自《环球科学》宇宙专刊《多重宇宙是科学，还是科幻？》，《多重宇宙的反击》