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    　　上面的估計還算極端保守的，它僅僅窮舉了一個溫度在10^8開以下、大小為一個哈勃體積的空間的所有量子狀態(tài)。其中一個計算步驟是這樣：在那溫度下一個哈勃體積的空間最多能容納多少質(zhì)子？答案是10^118個。每個質(zhì)子可能存在，也可能不存在，也就是總共2^(10^118)個可能的狀態(tài)。現(xiàn)在只需要一個能裝下2^(10^118)個哈勃空間的盒子便用光所有可能性。如果盒子更大些－－比如邊長10^(10^118)米的盒子－－根據(jù)抽屜原理，質(zhì)子的排列方式必然會重復(fù)。當(dāng)然，宇宙不只有質(zhì)子，也不止兩種量子狀態(tài)，但可用與此類似的方法估算出宇宙所能容納的信息總量。

    　　與我們宇宙一模一樣的另一個宇宙的平均距離，距你最近那個“分身”沒準(zhǔn)并不象理論計算的那么遠(yuǎn)，也許要近得多。因為物質(zhì)的組織方式還要受其他物理規(guī)律制約。給定一些諸如行星的形成過程、化學(xué)方程式等規(guī)律，天文學(xué)家們懷疑僅在我們的哈勃體積內(nèi)就存在至少10^20個有人類居住的行星；其中一些可能和地球十分相像。

    　　第一層多重宇宙的框架通常被用來評估現(xiàn)代宇宙學(xué)的理論，雖然該過程很少被清晰地表達(dá)。舉例來說，考察我們的宇宙學(xué)家如何通過微波背景來試圖得出“球形空間”的宇宙幾何圖。隨著空間曲率半徑的不同，那些“熱區(qū)域”和“冷區(qū)域”在宇宙微波背景圖上的大小會呈現(xiàn)某種特征；而觀測到的區(qū)域表明曲率太小不足以形成球形的封閉空間。然而，保持統(tǒng)計學(xué)上的嚴(yán)格是非常重要的事。每個哈勃空間的這些區(qū)域的平均大小完全是隨機的。因此有可能是宇宙在愚弄我們－－并非空間曲率不足以形成封閉球形使得觀測到的區(qū)域偏小，而恰巧因為我們宇宙的平均區(qū)域天生就比別的來的小。所以當(dāng)宇宙學(xué)家們信誓旦旦保證他們的球狀空間模型有99.9%可信度的時候，他們的真正意思是我們那個宇宙是如此地不合群，以至1000個哈勃體積之中才會出一個象那樣的。

    　　這堂課的重點是：即使我們沒法觀測其他宇宙，多重宇宙理論依然可以被實踐驗證。關(guān)鍵在于預(yù)言第一層多重宇宙中各個平行宇宙的共性并指出其概率分布－－也就是數(shù)學(xué)家所謂的“度量”。我們的宇宙應(yīng)當(dāng)是那些“出現(xiàn)可能性最大的宇宙”中的一個。否則－－我們很不幸地生活在一個不大可能的宇宙中－－那么先前假設(shè)的理論就有大麻煩了。如我們接下來要討論的那樣，如何解決這度量上的問題將會變得相當(dāng)有挑戰(zhàn)性。

    　　第二層次：膨脹后留下的氣泡

    　　如果第一層多重宇宙的概念不太好消化，那么試著想象下一個擁有無窮組第一層多重宇宙的結(jié)構(gòu)：組與組之間相互獨立，甚至有著互不相同的時空維度和物理常量。這些組構(gòu)成了第二層多重宇宙－－被稱為“無序的持續(xù)膨脹”的現(xiàn)代理論預(yù)言了它們。

    　　“膨脹”作為大爆炸理論的必然延伸，與該理論的許多其他推論聯(lián)系緊密。比如我們的宇宙為何如此之大而又如此的規(guī)整，光滑和平坦？答案是“空間經(jīng)歷了一個快速的拉伸過程”，它不僅能解釋上面的問題，還能闡釋宇宙的許多其他屬性。【見《膨脹的宇宙》byAlanH.GuthandPaulJ.Steinhard；ScientificAmerican,May1984；《自我繁殖的膨脹宇宙》byAndreiLinde,November1994】“膨脹”理論不僅為基本粒子的許多理論所語言，而且被許多觀測證實。“無序的持續(xù)”指的是在最大尺度上的行為。作為一個整體的空間正在被拉伸并將永遠(yuǎn)持續(xù)下去。然而某些特定區(qū)域卻停止拉神，由此產(chǎn)生了獨立的“氣泡”，好像膨脹的烤面包內(nèi)部的氣泡一樣。這種氣泡有無數(shù)個。它們每個都是第一層多重宇宙：在尺寸上無限而且充滿因能量場漲落而析出的物質(zhì)。

    　　對地球來說，另一個氣泡在無限遙遠(yuǎn)之外，遠(yuǎn)到即使你以光速前進(jìn)也永遠(yuǎn)無法到達(dá)。因為地球和“另一個氣泡”之間的那片空間拉伸的速度遠(yuǎn)比你行進(jìn)的速度快。如果另一個氣泡中存在另一個你，即便你的后代也永遠(yuǎn)別想觀察到他。基于同樣的原因，即空間在加速擴(kuò)張，觀察結(jié)果令人沮喪的指出：即便是第一層多重空間中的另一個自己也將看不到了。

    　　第二層多重宇宙與第一層的區(qū)別非常之大。各個氣泡之間不僅初始條件不同，在表觀面貌上也有天壤之別。當(dāng)今物理學(xué)主流觀點認(rèn)為諸如時空的維度、基本粒子的特性還有許許多多所謂的物理常量并非基本物理規(guī)律的一部分，而僅是一種被稱作“對稱性破壞”過程的結(jié)果而已。舉例言之，理論物理學(xué)家認(rèn)為我們的宇宙曾一度由9個相互平等的維度組成。在宇宙早期歷史中，只有其中3個維度參與空間拉神，形成我們現(xiàn)在觀察到的三維宇宙。其余6個維度現(xiàn)在觀察不到了，因為它們被卷曲在非常微小的尺度中，而且所有的物質(zhì)都分布在這三個充分拉伸過的維度“表面”上（對9維來說，三維就是一個面而已，或者叫一層“膜”）。

    　　我們生活在3+1維時空之中，對此我們并不特別意外。當(dāng)描述自然的偏微分方程是橢圓或者超雙曲線方程時，也就是空間或者時間其中之一是0維或同時多維，對觀測者來說，宇宙不可能預(yù)測(紫色和綠色部分)。其余情況下(雙曲線方程)，若n>3，原子無法穩(wěn)定存在，n<3，復(fù)雜度太低以至于無法產(chǎn)生自我意識的觀測者(沒有引力，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也成問題)。

    　　由此，我們稱空間的對稱性被破壞了。量子波的不確定性會導(dǎo)致不同的氣泡在膨脹過程中以不同的方式破壞平衡。而結(jié)果將會千奇百怪。其中一些可能伸展成4維空間；另一些可能只形成兩代夸克而不是我們熟知的三代；還有些它們的宇宙基本物理常數(shù)可能比我們的宇宙大。

    　　產(chǎn)生第二層多重宇宙的另一條路是經(jīng)歷宇宙從創(chuàng)生到毀滅的完整周期。科學(xué)史上，該理論由一位叫RichardC的物理學(xué)家于二十世紀(jì)30年代提出，最近普林斯頓大學(xué)的PaulJ.Steinhardt和劍橋大學(xué)的NeilTurok兩位科學(xué)家對此作了詳盡闡述。Steinhardt和Turok提出了一個“次級三維膜”的模型，它與我們的空間相當(dāng)接近，只是在更高維度上有一些平移。【see‘BeenThere,DoneThat,‘byGeorgeMusser；NewsScan,ScientificAmerican,March2002】該平行宇宙并非真正意義上的獨立宇宙，但宇宙作為一個整體－－過去、現(xiàn)在和未來－－卻形成了多重宇宙，并且可以證明它包含的多樣性恰似無序膨脹宇宙所包含的。此外，沃特盧的物理學(xué)家LeeSmolin還提出了另一種與第二層多重宇宙有著相似多樣性的理論，該理論中宇宙通過黑洞創(chuàng)生和變異而非通過膜物理學(xué)。

    　　盡管我們沒法與其他第二層多重宇宙之中的事物相互作用，宇宙學(xué)家仍能間接地指出它們的存在。因為他們的存在可以用來很好地解釋我們宇宙的偶然性。做一個類比：設(shè)想你走進(jìn)一座旅館，發(fā)現(xiàn)了一個房間門牌號碼是1967，正是你出生那年。多么巧合呀，在那瞬間你驚嘆到。不過你隨即反應(yīng)過來，這完全不算什么巧合。整個旅館有成百上千的房間，其中有一個和你生日相同很正常。然而你若看見的是另一個與你毫無干系的數(shù)字，便不會引發(fā)上面的思考。這說明什么問題呢？即便對旅館一無所知，你也可以用上面的方法來解釋很多偶然現(xiàn)象。

    　　讓我們舉個更切題的例子：考察太陽的質(zhì)量。太陽的質(zhì)量決定它的光度（即輻射的總量）。通過基本物理運算我們可知只有當(dāng)太陽的質(zhì)量在1.6X10^30～2.4X10^30千克這么個狹窄范圍內(nèi)，地球才可能適合生命居住。否則地球?qū)⒈冉鹦沁€熱，或者比火星還冷。而太陽的質(zhì)量正好是2.0X10^30千克。乍看之下，太陽質(zhì)量是種驚人的幸運與巧合。絕大多數(shù)恒星的質(zhì)量隨機分布于10^29～10^32千克的巨大范圍內(nèi)，因此若太陽出生時也隨機決定質(zhì)量的話，落在合適范圍的機會將微乎其微。然而有了旅館的經(jīng)驗，我們便明白這種表面的偶然實為大系統(tǒng)中（在這個例子里是許多太陽系）的必然選擇結(jié)果（因為我們在這里，所以太陽的質(zhì)量不得不如此）。這種與觀測者密切相關(guān)的選擇稱為“人擇原理”。雖然可想而知它引發(fā)過多么大的爭論，物理學(xué)家們還是廣泛接收了這一事實：驗證基礎(chǔ)理論的時候無法忽略這種選擇效應(yīng)。

    　　適用于旅館房間的原理同樣適用于平行宇宙。有趣的是：我們的宇宙在對稱性被打破的時候，所有的（至少絕大部分）屬性都被“調(diào)整”得恰到好處，如果對這些屬性作哪怕極其微小的改變，整個宇宙就會面目全非－－沒有任何生物可以存在于其中。如果質(zhì)子的質(zhì)量增加0.2%，它們立即衰變成中子，原子也就無法穩(wěn)定的存在。如果電磁力減小4%，便不會有氫，也就不會有恒星。如果弱相互作用再弱一些，氫同樣無法形成；相反如果它們更強些，那些超新星將無法向星際散播重元素離子。如果宇宙的常數(shù)更大一些，它將在形成星系之前就把自己炸得四分五裂。

    　　雖然“宇宙到底被調(diào)節(jié)得多好”尚無定論，但上面舉的每一個例子都暗示著存在許許多多包含每一種可能的調(diào)節(jié)狀態(tài)的平行宇宙。【see‘ExploringOurUniverseandOthers,‘byMartinRees；ScientificAmerican,December1999】第二層多重宇宙預(yù)示著物理學(xué)家們不可能測定那些常數(shù)的理論值。他們只能計算出期望值的概率分布，在選擇效應(yīng)納入考慮之后。

    　　第三層次：量子平行世界

    　　第一層和第二層多重宇宙預(yù)示的平行世界相隔如此之遙遠(yuǎn)，超出了天文學(xué)家企及的范圍。但下一層多重宇宙卻就在你我身邊。它直接源于著名的、備受爭議的量子力學(xué)解釋－－任何隨機量子過程都導(dǎo)致宇宙分裂成多個，每種可能性一個。

    　　量子平行宇宙。當(dāng)你擲骰子，它看起會隨機得到一個特定的結(jié)果。然而量子力學(xué)指出，那一瞬間你實際上擲出了每一個狀態(tài)，骰子在不同的宇宙中停在不同的點數(shù)。其中一個宇宙里，你擲出了1，另一個宇宙里你擲出了2……。然而我們僅能看到全部真實的一小部分－－其中一個宇宙。

    　　20世紀(jì)早些年，量子力學(xué)理論在解釋原子層面現(xiàn)象方面的成功掀起了物理學(xué)革命。在原子領(lǐng)域下，物質(zhì)運動不再遵守經(jīng)典的牛頓力學(xué)規(guī)律。在量子理論解釋它們?nèi)〉貌毮砍晒Φ耐瑫r卻引發(fā)了爆炸性激烈的爭論。它到底意味著什么？量子理論指出宇宙并不像經(jīng)典理論描述的那樣，決定宇宙狀態(tài)的是所有粒子的位置和速度，而是一種叫作波函數(shù)的數(shù)學(xué)對象。根據(jù)薛定鄂方程，該狀態(tài)按照數(shù)學(xué)家稱之為“統(tǒng)一性”的方式隨時間演化，意味著波函數(shù)在一個被稱為“希爾伯特空間”的無窮維度空間中演化。盡管多數(shù)時候量子力學(xué)被描述成隨機和不確定，波函數(shù)本身的演化方式卻是完全確定，沒有絲毫隨機性可言的。

    　　關(guān)鍵問題是如何將波函數(shù)與我們觀測到的東西聯(lián)系起來。許多合理的波函數(shù)都導(dǎo)致看似荒謬不合邏輯的狀態(tài)，比如那只在所謂的量子疊加下同時處于死和活兩種狀態(tài)的貓。為了解釋這種怪異情形，在20實際20年代，物理學(xué)家們做了一種假設(shè)：當(dāng)有人試圖觀察時，波函數(shù)立即“坍塌”成經(jīng)典理論中的某種確定狀態(tài)。這個附加假設(shè)能夠解決觀測發(fā)現(xiàn)的問題，然而卻把原本優(yōu)雅和諧統(tǒng)一的理論變得七拼八湊，失去統(tǒng)一性。隨機性的本質(zhì)通常歸咎于量子力學(xué)本身就是這些不順眼假設(shè)的結(jié)果。

    　　許多年過去了，物理學(xué)家們逐漸拋棄了這種假設(shè)，轉(zhuǎn)而開始接受普林斯頓大學(xué)畢業(yè)生HughEverett在1957年提出的一種觀點。他指出“波函數(shù)坍塌”的假設(shè)完全是多余的。純粹的量子理論實際上并不產(chǎn)生任何矛盾。它預(yù)示著這樣一種情形：一個現(xiàn)實狀態(tài)會逐漸分裂成許多重疊的現(xiàn)實狀態(tài)，觀測者在分裂過程中的主觀體驗僅僅是經(jīng)歷完成了一個可能性恰好等于以前“波函數(shù)坍塌假設(shè)結(jié)果”的輕微的隨機事件。這種重疊的傳統(tǒng)世界就是第三層多重宇宙。

    　　四十多年來，物理界為是否接受Everett的平行世界猶豫不決，數(shù)度反復(fù)。但如果我們將之區(qū)分成不同視點分別來看待，就會更容易理解。研究它數(shù)學(xué)方程的物理學(xué)家們站在外部的視點，好像飛在空中的鳥審視地面；而生活在方程所描述世界里的觀測者則站在內(nèi)部的視點，就好比被鳥俯瞰的一只青蛙。
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