多重宇宙的模型

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平行世界：起源、模型、争议、猜想

埃弗里特创造的多世界是脱胎于量子理论的一种平行世界模型。

然而，随着物理学和天文学的发展，科学家们发现了越来越多可能存在的平行世界，每一次发现都让我们这些科学爱好者先是感到匪夷所思，然后当我们理解了科学家们在说些什么时，又不由得拍案叫绝。

今天我要带你会当凌绝顶，一览众山小。

当代美国的科普红人布莱恩·格林博士写过一本科普著作《隐藏的现实——平行世界是什么》。格林为我们介绍了多达 9 种平行世界模型，其中，

基于概率而产生的平行世界有 3 种；

基于量子理论而产生的平行世界有 4 种，这 7 种全都是在天文和物理发现的基础上，然后根据物理和数学模型推导出来的结果；

第 8 种平行世界模型则是基于人工智能的发展而引发的猜想，有没有可能我们就生活在一个黑客帝国这样的计算机程序中，而这种程序有无数个，我们只是其中之一；

第 9 种则是纯粹的哲学思辨了，为什么我们的宇宙会依附于某一套特定的数学法则，而不是别的数学法则。

答案很简单，所有可能的数学法则都存在，有无数个宇宙存在无数种数学法则，我们恰好生活在一个允许出现人类的数学法则控制之下的宇宙，可能你对这个说法并不陌生，是的，这就是宇宙人择原理。

要详细介绍这 9 种平行世界的原理和诞生过程，那需要一本 30 万字的书才够。然而麻省理工的宇宙学家，泰格马克教授用四个层次将所有的平行世界模型以一种更加深刻的方式再次展现在我面前，让我眼前一亮。

我想，这可能是人类的思考力所能触及的最大边界了。

好，你这就跟我前往兔子洞一探究竟吧。

第一层次的平行世界是与我们处在同一时空的多重宇宙。

我们现在所处的这个宇宙诞生于 138 亿年前的一次大爆炸，也就意味着我们能够看到的最古老的光子就是 138 亿年前的光子，那么光在 138 亿年中走过的距离理论上就是我们人类可观测宇宙的最大半径。

然而实际上可观宇宙比这个还要再大一些，因为宇宙一直在膨胀，这就好像我们在机场的自动步道上走路，我们走过的距离还要再加上自动步道运动的距离。现在的观测结果是可观宇宙的大小大约为半径 460 亿光年的一个球形区域。

但是，真实的宇宙有多大却没人知道，因为那些退行速度已经超过光速的星系我们永远无法看到。注意，退行速度超光速并不违反相对论，因为这是空间本身的运动，没有能量和信息的传递。

虽然无法直接看到宇宙到底有多大，但我们却可以通过研究宇宙的曲率来计算宇宙可能的大小。这就好像你手里有一根纸带，假如这根纸带不是完全平的，只要有这么一点点的弯曲，那么朝两头延伸下去的话，就一定会闭合成一个圈，曲率越小，这个圈也就越大。

而我们的三维空间其实也有类似的特性，如果曲率为正，那么最终一定是闭合成有限的循环空间，而在一般情况下，排除某些不平凡的拓扑结构，曲率为零或者负，那么这个空间的大小就是无限的，永远也回不到原点。

尽管目前的观测结果还无法最终确定宇宙的曲率，但肯定非常非常接近零，所以现在大多数物理学家和宇宙学家都倾向于无限宇宙的想法，至少是非常非常接近无限。而且天文学家们还观测到一个事实，那就是宇宙在大尺度上是完全均匀的，超过 1024 米之后，就基本上没有什么结构可言了。

这就好像你用显微镜看一块丝绸，能够看到丝绸的纤维结构，但是用肉眼看的话，那就是完全没有任何结构了。所以，大多数天文学家们都相信，我们所处的这个宇宙包含无限或者近乎于无限的物质。

那么，一个有趣的事情就来了。我们一起来做个思维体操。想象一个二维的小宇宙，它的空间仅能容纳 4 个粒子，在这个宇宙中，物质共有 16 种可能的排列方式。如果这样的宇宙超过 16 个，那么它的物质排列方式就必定会重复出现。

在这个例子中，两个重复宇宙的最近距离是每个宇宙直径的 4 倍左右。这个思维体操同样可以放大到我们的可观宇宙。

我们首先计算一下在半径 460 亿光年的球形区域内容纳了多少个基本粒子，然后计算他们可能的排列方式，最后就可以计算出现两个重复球形区域的最近距离。宇宙学家们的计算结果是：10 的 10 的 118 次方，写出来的话就是10的肩膀上有一个10，这个10的肩膀上还有个118，三个罗汉叠起来。

当然，不同的书上给出的数字略有不同，这个不重要。如果你试图想去理解这个数字有多大，我劝你放弃吧，我到现在也还没想明白呢。别说是 10 的 10 的 118 次方次方了，就是 10 的 100 次方，也足以超出我们对数字的理解能力，它表示 1 后面跟着 100 个零，oogle 就表示这个数字。

这个数字有多大？所有可观宇宙中的原子总数加起来也不到这个数字的 1 千亿亿分之一。

这只不过是 1 后面 100 个零。而前面说的那个数字相当于，可观宇宙中每一个原子都是一个零，跟在 1 后面，你能理解这种巨大吗？我是真的不行。

但是，有意思的是，在宇宙中要出现一个同样的地球的最近距离要小得多，因为我们可以把地球所包含的这个空间大小作为一个基本单元来思考，这样我们算出来的结果是，出现两个完全一模一样的地球的最近距离是 10 的 10 的 28 次方米。

也就是说，至少在 1 后面 1 万亿亿亿个零米远处，就会有一个完全一模一样的地球，那个地球上面也有一个完全一模一样的你和我。

这就是第一层次的平行世界，是不是觉得有点儿不可思议。

但是，你想想，我们的地球上有无数个完全一模一样的水分子，完全一模一样的蛋白质分子，甚至我相信能找到两个完全一模一样的病毒，但你却不会对此感到惊奇，其实，本质上是一样的啊。这一层次的平行世界与我们是处在同一个时空中的，假如利用虫洞做时空跳跃成为可能，那么我们真的有可能去拜访另一个自己，至少在科幻中可以这么畅想。

但是，到了第二个层次的平行世界，我们还找不到连接的桥梁。

现在，请想象一个由无穷多个第一层次的多重宇宙构成的集合体，请把这个集合体想象成一个宇宙泡泡。按照目前流行的永恒混沌暴胀理论预测，在更大的尺度上，又有无限多个这样的泡泡，它们共同构成了第二层次的平行世界。

这里出现了一个听上去逼格很高的术语，叫做永恒混沌暴胀理论。这的确是一个非常艰深的理论，它最早是由美国物理学家阿兰·古斯在上世纪七十年代提出的一个理论，这个理论非常成功地解决了宇宙为什么在大尺度结构上如此均匀的问题，是对早期宇宙大爆炸理论的一个非常重要的修正，因为得到了越来越多观测证据的支持，这个理论已经被科学界广泛接受。

介绍暴胀理论不是这章的重点，我们今天只说该理论的结论。该理论认为：我们目前身处的宇宙只是无数个正在发生着的暴胀中的一个而已。有一个比喻可以非常形象地展示这个理论。

想象一锅烧开的水，无数个气泡在水中生成，迅速地长大。

每一个气泡就是一个宇宙；每一个宇宙泡都拥有自己完全独立的时空；每一个宇宙泡都拥有不同的物理常数。

例如万有引力常数，光速，质子的质量等等，这些都是在泡泡诞生的那一瞬间随机决定的。所以，不是每个宇宙泡泡都能形成恒星或者星系，当然也不是每个宇宙泡泡都能允许生命的存在。而我们恰好生活在一个所有的物理常数都恰到好处的宇宙泡泡中，似乎人类很幸运。

但这种幸运从更高的角度来看确是最稀松平常的事情。就像一个人中了百万大奖的彩票，从这个人的角度来看，当然是无比幸运的，但是从彩票发行者的角度来看，中奖是必然的。

科学家们正在寻找第二层次多重宇宙存在的证据，他们猜测不同的宇宙泡泡有可能发生碰撞，或许我们能在宇宙微波背景辐射中寻找到碰撞的痕迹。

再下去的第三层次的宇宙就是我们介绍过的的埃弗里特的多世界理论，每一次量子的波函数塌缩都意味着一个宇宙分岔的产生。

例如，现在我请求你暂停 5 秒钟把书放下，你就会得到意想不到的惊喜。当你听到我的这个问题时，你大脑中的量子效应就会产生一个包含所有可能结果的叠加态，例如“好，我试试看”和“别骗我，我才不上当”等等。

假如有一个本宇宙之外的上帝视角，那么你就已经分裂成多重分身：

一个什么也没做另一个放下了书还有一个把书扔到了沙发上等等

但是从你自己的角度来看，每个这样的分身都不能意识到其他分身的存在，你觉得自己做什么完全看自己的心情，换句话说只是有不同的概率做某事，或许下次你再听到我同样的请求，做法会和这次不一样。

读到这里，你是否会认为这个想法太疯狂了，如果是这样的话，那宇宙的数量岂不是随着时间的增加而疯狂地增加，因为量子的波函数塌缩过程无处不在。

但令我大吃一惊的是，物理学家们可不这么认为。

他们认为，从上帝视角来看，所有可能的宇宙都已经存在了，这个数量并不是无限大，所有可能的排列组合是可以计算出来的，当然是一个无比巨大的数字，但并不是无限。

所谓的你和我，只不过是在这些有限多个宇宙中不停地切换，就好像下跳棋，每一步都有很多种选择，你最终跳过的路径，也就是无数短记忆的拼接，这就是你所感受到的一生，但是从上帝视角来看，这样的路径有无数条，每一条都是真实存在的。所有的可能性在每时每刻都存在，时间的流逝只不过是一种假象而已。

有没有感觉非常烧脑，我初次听到这样的观点时，甚至感觉像是某个精神病人的呓语。但这个理论却是一个自洽的理论，它可以从数学上解释那些令人困惑的量子现象，已经有越来越多的物理学家开始接受这种疯狂的理论。

但我们这趟兔子洞的探索之旅还没完，还有第四层次的平行世界。

请思考一下前三个层次平行世界的共同点是什么？答案是支配它们的是同一套数学法则，我们常常说数学是凌驾于物理规律之上的规律，它是规律中的规律。

长期以来，关于物理学和数学之间的对应关系，有两种不同的认识。

一种是认为物理实在是最根本的，而数学语言只不过是一种有用的近似描述。这种认识被称为亚里士多德模式。

另一种则刚好相反，认为只有数学结构才是真正实在的，物理是数学结构的外在表现而已，这被称为柏拉图模式。

当代的理论物理学家多半都信奉柏拉图模式，认为数学能够完美地描述宇宙，因为宇宙本质上就是数学的。

因此，所有的物理学推到极致都成了数学问题：只要一位数学家拥有无限的智慧和资源，原则上可以计算出宇宙中具有自我意识的观测者有哪些，他们能认识到什么。数学结构是一种抽象的、不可变的实体，超越时空之外。如果历史是一部电影，那么数学结构对应的并不是某一格画面，而是整个胶卷。

柏拉图模式提出了一个问题：宇宙为何是这个样子？

但对于信奉亚里士多德模式的人来说，这个问题毫无意义，宇宙就是如此，没有道理可讲，可是柏拉图主义者总是禁不住要想，宇宙为何不能是另一个样子，如果宇宙本质上是数学的，那为什么在如此众多的数学结构中只有一种被挑选出来描述宇宙呢？

解决这个问题的方法只能是认为所有数学结构在物理上都是存在的，每一种数学结构对应于一个平行世界，这个多重宇宙的各个组成部分并不存在于同一个空间中，而是存在于空间与时间之外。

到这里，泰格马克教授的四个层次的平行世界就全部讲完了，或许你依然会觉得平行世界太古怪了，但我想说：古怪，正是它的魅力之一。

未完待续......

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原文地址：今日头条

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