宇宙是否不止一个？为什么有的科学家不相信多重宇宙理论？但凡是深入思考过宇宙的

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宇宙是否不止一个？为什么有的科学家不相信多重宇宙理论？。理论|不止|标准模型|人择|宇宙---

但凡是深入思考过宇宙的，迟早会好奇这样一个问题：宇宙是否不止一个？自古以来，多重宇宙存在与否，就让人争执不下。推崇“原子论”的古希腊哲学家（比如德谟克里特）提出，宇宙有无限个。但亚里士多德反对此说，坚称宇宙只可能有一个。

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现如今，围绕多重宇宙存在与否，一场类似的争论也在上演。近几十年来，宇宙学的进步暗示了多重宇宙的可能性，但并未提供证明。具体言之，暴胀理论提出，大爆炸发生后的瞬间，太空在短时间内急剧膨胀，接着进入缓慢膨胀阶段，形成了如今地球、太阳、银河系及其他亿万星系所在的宇宙。如果这一理论属实，这就意味着，类似的大爆炸发生过很多次，创造出了无数其他宇宙。

每一个宇宙中，比如基本粒子的质量、基本力的强度等，这些属性可能各不相同。如此一来，众多物理学家共同追寻的目标——用一个统一的理论来解释自然界的一切属性——就成了泡影。多重宇宙可以提供众多不同的世界，有的适宜生命生存，有的则不然。我们的宇宙必定是所需特征一应俱全，才得以形成适宜生命存在的环境——这就是人择原理。

但有的科学家反对多重宇宙理论，以及它所推导出的人择原理。有人甚至论称，多重宇宙研究不能算是科学。在认为多重宇宙属于正当科学研究课题的人中，有一个就是马萨诸塞大学安姆斯特分校物理学家约翰·多诺霍（JohnDonoghue）。

在《2016年核与粒子科学年评》中，多诺霍指出，粒子物理的标准模型——描述自然界一切基本粒子与基本力行为的理论——并未指明宇宙的一切属性。宇宙有很多重要特征，比如粒子的质量和力的强度，这些用标准模型的方程计算不出来，只能靠测量。也许在其他宇宙中，甚至就在我们这个宇宙、但超出望远镜观测范围的某些遥远角落，这些特征就全然不同。

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也许，未来的某个理论会阐释自然为何如是，多诺霍说，但又或许，现实就包含着多重可能性。描述自然的真理论可能容许诸多稳定的“基态”，对应其他的宇宙，或是其他遥远的太空区域，它们各自拥有不同的物理特征。若基态各不相同的多重宇宙确实存在，我们这个宇宙的宜居性就可以用人择原理来解释，即我们生活在状况适合的宇宙区域内，而不是说，宇宙的属性适用于一切，可以被单一理论所描述。

围绕多重宇宙的含义、人择原理存在的问题，以及多重宇宙理论是否科学，《可知》杂志（KnowableMagazine）采访了多诺霍。访谈内容如下。

问：能否阐述一下您对多重宇宙的理解？答：至少对我而言，多重宇宙的概念就是说，在我们可观测的范围之外，客观存在着那么一些区域，其属性异于我们所观测到的宇宙。宇宙不止我们观测范围这么大，这一点我们知道；至于大出多少，我们就不清楚了。所以问题就在于，是无论在哪里，宇宙都是一样的，还是说，其属性会发生变化？

问：是不是说，如果存在多重宇宙，关键点除了存在各种不同的区域，还有一点是，它们的属性也千差万别？答：如果向任意方向无限延展，属性都一概不变，那多重宇宙就没有意义了。人们的普遍预期是，除了比较随意的细节外——比如这儿有一个星系，那儿又一个星系，中间什么都没有——更广泛宇宙的各处基本都是统一的。标准模型理论下就是如此，这个模型只有一种可能。各处都是一样的，不可以不同。

问：大多数物理学家不都希望如此吗？答：可能每个人都希望这样：有朝一日，我们找到一个理论，突然之间，一切都变得清晰了——可能性只有这一种，逻辑自洽，你别无选择，但这就是定论。谁都巴不得这样。

问：但标准模型并没有指明所有描述自然界属性的数，对吧？答：标准模型的结构被一个对称原则定死了。它美就美在这里。但在这个结构内，比如不同粒子的质量和电荷数，这些量——也就是标准模型的参数——都有选择的空间。这些参数不是标准模型能预测到的——是我们亲手测量出来的。我们希望有朝一日，某个理论能预测到这些参数。但问题来了，它们是可以预测的呢，还是只是多重宇宙中的随机选项之一？

在那篇论文中，我举了日地距离的例子。研究太阳系你就知道，太阳系中存在各种规律性和一种对称，一种球对称力。这种力大致与轨道半径的平方成反比，这是它背后的理论所决定的。你可能会想到，它可以预测日地距离。德国天文学家开普勒就作过这样的尝试，并构建了一种巧妙的几何结构，差一点就成功了。但现在我们知道，这个距离即便预测出来，也不是根本性的，只是历史的偶然。这个法则放在太阳系里，就产生现在的日地距离，放到另一个星系里，就是另外的距离。这类距离不可预测。因此，我们面临的物理问题是：像电子质量这样的参数究竟是根本性的，可以从更为根本的理论推导出来呢，还是说，它们只是我们这一方宇宙中的机缘巧合？

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电场力改为电磁力

问：考虑到多重宇宙的可能性，标准模型中那些数的解读会受到什么影响？答：理解了标准模型怎么造就了这个世界，你就可以提出那个科学问题：假如标准模型中的数——比如电子质量或所带电荷——略有变动，结果会怎么样？你不会想到的一点是，这些参数只要稍稍改动一下，世界就会天翻地覆。电子的质量为什么就是这个数？我们不清楚。它只要增加两倍，所有的原子就会消失，世界将面目全非。电子会被质子捕获，质子变成中子，那个宇宙会让我们备感陌生，而且，生命根本没有机会存在。

问：在标准模型下，还有哪些改变能产生如此戏剧性的效果？答：我在这里的贡献是关于希格斯场（希格斯玻色子的场）。它的值远小于标准模型的预测区间。但只要改动一点点，原子就不会形成，原子核也不会形成，世界将面目全非。这是我和我的协作者们指出的。

这些参数组合可能限定于六七种吧——原子、恒星、行星等要存在，标准模型的参数就得是这些值才行。也就是说，人择宇宙允许的参数组合大约有六种。

问：这里的“人择”是说，要让一个宇宙适合生命存在，这些参数的值被限定在狭窄的区间内。这种人择原理历来不受众多物理学家的待见。答：没错。如果有一种完善的理论，它不需要动用任何人择推理，那所有人都会青睐它吧。无论如何，这种原则是有可能出现的。而且，完全忽视人择理论，也是不科学的。一些例子就是涉及人择推理，你不得不考虑它。

历史上，人择推理受到了不小的阻力，因为它——至少是最普遍的那种解释——似乎倒置了因果。它有点像是说，我们（的存在）决定了宇宙的参数。这听着不太对劲。它的现代版本——即多重宇宙理论——则是说，不同的宇宙区域有不同的参数，而我们只存在于允许原子和原子核存在的那方宇宙中，从这个意义上说，它就比较实际一些。因果关系是对的：有这样的参数，我们才存在于此。现代的这个版本更实际一些。

问：假如多重宇宙是存在的，那物理学追寻的某些目标——比如寻找大一统理论——不就变了吗？而且，不得不用到某种人择推理？答：我们能知道多少，或许取决于我们能探索的范围有多大。寻找解释一切的大一统理论，这个动机也许就不对。当然，多重宇宙理论还引出一种可能：我们也许永远回答不了这些问题。这让人很困扰。

问：这是不是说，多重宇宙改变了物理学家该问的问题？答：那些有关“如何”的问题还是要解答的：W玻色子是如何衰变的，希格斯玻色子是如何衰变的，诸如此类，以期尽可能准确地描述自然。但也得明白，我们可能无法得到一种终极理论，因为某些问题的解答所需的观测范围，也许是我们无法企及的。这是很让人灰心的地方。我得承认，第一次听到物理学中的人择推理时，我的心都沉到谷底了。做某些事的动力就这样被抹杀掉了。

问：虽然多重宇宙好像把人择推理合理化了，但还是有人说，即便如此，人择推理依然是不科学的。答：在这场讨论中，这是让我很不舒服的一点。你不喜欢多重宇宙，不表明它就不对；它的某些方面无法验证，也不表明它就是错的。所以我们要思考的是，它值不值得考虑？在多重宇宙理论中，我们可以获知什么？它将如何改变我们的动机？如何改变我们提出的问题？说多重宇宙不科学，这种判断本身就不科学。你站在非科学的立场上，将一种具体的物理理论，一种有可能属实的物理理论，拒之门外了。不过，它也的确让人担忧：如果只能被局限于观测范围之内，长此以往，我们对终极理论能有多大的了解？多重宇宙理论是科学，有时候，这种科学的确让人沮丧，但我们还是得看看，看哪些东西会得到验证，看看究竟会发生什么。

问：研究多重宇宙时，很重要的一个部分，就是找到一个包罗多种“基态”的理论。这是什么意思？答：基态是将系统中所有能量去掉后所得的状态。通常，所有粒子去掉后，剩下的就是基态，即所有的背景场、充斥空间的那些东西。标准模型就对基态进行了描述，它明确告诉你，当你把粒子重新放回去的时候，它们会是怎样的状态——它们会带有特定的质量和特定的电荷。

不难想象，有的理论囊括的基态不止一种，在一种基态里，粒子是这个样子；在另一种基态里，又是另一个样子——可能质量都不一样。多重宇宙对应的假设是，基态有很多很多种，存在于更广泛宇宙的各个不同区域中。

17世纪初，开普勒想找一个数学定律，来解释当时已知的六大行星与太阳的距离。在几何实体多面体中，他找到了答案。通过将多面体互相嵌套起来，开普勒证明，多面体的大小大致对应行星与太阳的距离。但他不知有其他的太阳系行星，也不知道其他的星系；在不同的星系中，行星与恒星的距离各不相同，决定它们的是各星系的具体条件，而非某一个数学公式。同理，当今的一些科学家也认为，并没有一个公式决定宇宙属性，太空中存在不同区域，其属性各不相同，它们共同构成一个多重宇宙。

问：即便有这么一个粒子与力的理论，它能兼容多种基态，那么，创造这些基态不也需要一种理论吗？答：得具备两点：必须要有存在多种基态的可能性，然后必须有产生这些基态的机制。在我们目前的理论中，产生机制还算简单，暴胀宇宙论就可以。相对更难的要求，是找到囊括足够多基态的理论。但这是一个科学问题。这样的理论是有一个，还是两个，还是有很多？

问：超弦理论囊括了众多基态，统称“弦景观”。它是暗示多重宇宙可能性的理论之一吗？答：我们知道（多种基态）是有可能存在的，其中一条途径就是通过弦景观。弦理论中的基态数量是可以计算的，最后结果有多大：10的500次方。所以，要说囊括巨量基态的理论，我们至少有这一个。也许还有别的。具有这种可能性的其他理论也一直层出不穷，所以说，多种基态确实是有可能存在的。

问：批评家们不是说，不管是弦理论还是暴胀宇宙论，都还没有绝对成熟吗？答：除了标准模型理论外，其他所有理论都是这样。没有一个已经成熟。因此，我们并不能信誓旦旦地说，多重宇宙就是存在的。这只是一种可能性而已。它兴许是错的，但也有可能是对的。

翻译：雁行

校对：其奇

编辑：漫倩

来源：TheAtlantic

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