如果感观之门能被完全洗净，一切事物将以原本的样貌呈现，不受任何限制。因为人们大多自我封闭，从他们洞穴的缝隙来看事情。

威廉·布莱克（William Blake）

《天堂与地狱的联姻》（ The Marriage of Heaven and Hell ）

有两样东西是无限的：宇宙和人类的愚蠢，而我不能确定前者。

被认为是爱因斯坦所说

准备好接受非议了吗？到目前为止，本书所探讨的大部分内容都是被广为接受的主流科学理论。而现在，我们即将进入一个充满争议的疆域，许多物理学家在这里唇枪舌剑、互不相让，有的支持，有的反对。

第一层多重宇宙，地球的孪生兄弟

是否存在另一个你，也在读这本书呢？当你决定继续读下去时，他却没有读完这句话就放弃了？他是否也住在一颗叫作地球的行星上，那里也有迷雾缭绕的山林、肥沃的土地、整齐排布的城市，并同其他7颗行星一起围绕着一颗恒星运转？这个人过去生活的方方面面都和你一模一样——直到现在，你决定读下去，而他决定放弃，这个差异仿佛一个岔路口，让你俩的人生道路终于走向不同的方向。

你可能会觉得这种想法很奇怪，一点也不合理。我必须承认，这也是我的第一反应。但是，看来我们不得不接受它，因为这正是现今最简单也最流行的宇宙学模型作出的预测：另一个你真的存在，他就居住在10 ^{10 29} 米之外的一个星系中。这个命题甚至不需要将现代物理学的推测作为前提，其前提仅仅是：空间是无限的，并且均匀地充满了物质。另一个你只是永恒暴胀理论的一个简单预测，这个理论与目前所有的观测证据都吻合，并不露声色地成了宇宙学领域诸多计算和模拟的基础。

宇宙的真正意义

在我们热切讨论其他宇宙之前，有一件非常重要的事，那就是先弄清楚我们自己的宇宙代表着什么。以下是本书将涉及的术语。

●物理实在：一切存在的事物。

●我们的宇宙：在物理实在中，本质上能被我们观测到的部分。

我们的宇宙

是一个球形的空间区域，在它之中发出的光线经过大爆炸以来140亿年的时间后，能够到达我们。基本上像这样：

如果我们忽略掉下一章将讲到的复杂的量子效应，那此处对宇宙的定义也是等价的。在过去的几章里，我们把这个区域称为“我们的可观测宇宙”。它还有一些听起来更极客范儿的古怪名字，像是“我们的视界体积”（horizon volume）或“我们的粒子视界内的区域”（the region within our particle horizon），这些名字在天文学家中很流行。天文学家还喜欢谈论“哈勃体积”（Hubble volume），它的尺度也差不多大，代表着星系退行速度小于光速的区域。

由于可能存在其他宇宙，我认为，只是简单地把我们的宇宙简称为“宇宙”有点傲慢自大，所以我会尽量避免这么称呼。但是，这显然只是个人喜好问题，比如纽约人就习惯把纽约城简称为“the city”，而美国人和加拿大人则把仅有两国参加的棒球比赛称为“世界大赛”。

你也许会觉得这些定义很合理，但是请小心，有些人在使用它们时的意思并不一样，这可能会带来困惑。尤其是，有些人会使用我尽量回避的“宇宙”一词来代表一切存在的事物，在这种情况下，根据他们下的定义，就根本不可能存在平行宇宙了。

现在，我们已经定义了我们的宇宙，那么，它究竟有多大呢？正如我们之前所讨论的，我们的宇宙是一个球形的区域，地球位于这个球形的中心。靠近我们宇宙边界的物体发出的光线经过140亿年的旅途，才刚刚到达我们身边。现在，这些物体与我们之间的距离大约为5×10 ²⁶ 米 。就目前所知，我们的宇宙包含着10 ¹¹ 个星系、10 ²³ 颗恒星、10 ⁸⁰ 个质子和10 ⁸⁹ 个光子（也就是光的粒子）。这些当然是相当大的数字，我们宇宙中的东西可真多呀。但是，在更遥远的空间里，是否还存在更多东西呢？正如我们之前提到的，暴胀理论的预言告诉我们，答案是肯定的。如果你的分身所栖居的宇宙真的存在，那也将是一个大小差不多的球形，球心正是他所在的“地球”。我们看不到那个宇宙，也不可能与之接触，因为光线和其他信息没有足够的时间到达我们。这就是最简单的（但绝不是唯一的）一种平行宇宙的例子。 我把这种身处遥远区域、与我们宇宙的尺度相仿的宇宙称作“第一层平行宇宙”（Level Ⅰ parallel universe），所有的第一层平行宇宙组成了“第一层多重宇宙”（Level Ⅰ multiverse）。 后文表5-2中定义了本书提到的所有多重宇宙的类型，以及它们之间的相互关系。

看到我们对宇宙的定义，有人可能会认为，“我们的可观测宇宙只是一个更庞大的多重宇宙中的一小部分”这种观点只会永远存在于形而上学的领域中。然而，判断一个理论是属于真实的物理学还是形而上学，并不是看它有多古怪，也不是看它包含的实体是否可见，而应当考察它是否可用实验来验证。随着科技的进步，实验物理学取得了长足的进展和突破，不断拓展着我们对物理世界的认知边界，许多曾经被认为难以置信、抽象至极（并且有悖直觉）的概念都经受住了检验，比如地球是圆的、电磁场、高速运行下时间会变慢、量子态叠加、空间弯曲和黑洞等。下面我们将看到一个越来越清晰的事实，那就是，以现代物理学为基础的理论其实都是可检验、可预测和可证伪的。多重宇宙也不例外。实际上，在本书接下来的部分里，我们即将探讨的平行宇宙多达4个层次。所以， 对我来说，最有趣的问题不是多重宇宙是否真的存在（因为关于第一层多重宇宙的争议并不多），而是到底有几层。

平行宇宙中，遇见众多个人生

假设暴胀真的发生了，并让我们的空间变得无边无界。那么这样一来，第一层平行宇宙的数量也会变得无穷无尽。此外，无限的空间中会充满物质，与我们的宇宙类似，将逐渐形成原子、星系、恒星和行星（见图4-8）。这意味着，大部分第一层平行宇宙的历史都与我们的宇宙大体相似。不过，绝大多数细节都与我们迥异，因为它们的初始状态稍有不同。原因正如我们在第4章中所看到的那样，孕育宇宙中所有结构的起伏种子是由量子涨落所产生的，而从实际操作的角度出发，量子涨落是随机发生的。

我们对世界的物理描述通常分为两个部分：一切是如何开始的，以及它们是如何演变的。换句话说，就是初始状态和物理定律，后者决定了初始状态随时间的发展将如何演化。栖居于第一层平行宇宙中的观察者眼中的物理定律与我们是相同的，但是他们的初始条件与我们不同。 比如，在初始状态中，粒子的位置可能会稍有不同，正是这一点差异最终决定了宇宙中将发生什么故事：哪些地方会变成星系，哪些地方会成为星系间的空虚之地，哪些恒星会拥有行星，哪些行星上会出现恐龙，哪些行星上的恐龙会因小行星撞击而灭绝，诸如此类。也就是说，平行宇宙之间由量子引发的差异随时间而放大，逐渐演化成了千差万别的宇宙历史。简而言之，第一层平行宇宙中的学生们在物理学课堂上学的东西是相同的，但历史课的内容却完全不同、百花齐放。

说了这么多，这些学生到底存不存在？感觉上，你们极不可能经历完全相同的人生，因为这需要太多太多巧合：地球必须形成，生命必须进化，恐龙必须灭绝，你的父母必须邂逅，你还必须读这本书，等等。然而，这些事情同时发生的可能性并不等于零，因为我们的宇宙中就发生了这样的事呀。如果你掷骰子的次数足够多，即使是最不可能发生的事，也一定会发生。由于暴胀创造出了无数个第一层平行宇宙，这就像让量子涨落掷了无数多次骰子，保证了你的分身存在于其中一个平行宇宙中的可能性为100%。实际上，你的分身并不止存在于一个平行宇宙中，而是无数多个平行宇宙，因为无穷大的一小部分还是无穷大。

更有甚者，无限的空间中不仅包含和你一模一样的人，它还包含许许多多和你大体相似但略有差别的版本。所以，如果你遇到最近的那个分身，你们很可能无法交流，因为他可能只会说你听不懂的外星语言，也拥有着和你截然不同的人生经历。但是，在这些讲鸟语的分身中，总会有一个讲英语或中文的，居住在一颗和地球几乎完全一样的行星上，经历着和你在各方面都几乎完全相同的人生。这个人的主观感受和你非常相似。尽管可能存在一些细微的差异，比如大脑中粒子的运动方式不同，但这太过微妙，根本无法察觉到。然而，也许正是这点毫厘之差，让他决定放下这本书，而你决定继续读下去，使得你们俩的人生开始走向不同的方向。

这引出了一个有趣的哲学观点，如果真的存在无数个和你拥有相同过去和记忆的“你”，这将扼杀掉传统的决定论观点，也就是说， 即使你完全了解关于宇宙整个过去和未来的所有知识，你也不能预测自己的未来！你之所以无法预测，是因为你不知道在这么多分身中，哪一个才是“你”（他们都觉得自己是你）。 由于你们的人生最终将走向不同的轨迹，所以你最多只能预测从今往后你可能会经历哪些可能性。

总的来说，在一个由暴胀创造出来的无限空间中，只要是遵循物理定律的事，就一定会发生，并且发生的次数为无穷大。这意味着，在有的平行宇宙中，你一辈子都不会拿到停车罚单，或者你的名字不一样，或者你赢了100万美元的彩票；甚至在有的平行宇宙中，德国赢了第二次世界大战，或者恐龙依然横行于地球上，或者地球从一开始就压根儿没有形成过。尽管不同平行宇宙的数量都是无穷多，但有些所占的比例更大一些。要想明白这个问题，会引出一堆迷人的话题，我们将在第10章继续探讨。

永恒暴胀的“捆绑商品”

等一下！我刚才说的一切是不是疯了？我的意思是说，到目前为止我在这本书里所写的东西，希望你都能觉得很合理。当然，我写的一些科学发现在当初可能颇有争议，但现在至少它们都被科学界的主流思想接受了。但是，在这一章，一切开始变得有点疯狂。我们刚讨论过，可能存在无数个你，正在做着我们能想象出来的所有事情——这听起来像是胡扯，简直是胡说八道。所以，在更加深入探讨这个疯狂的想法之前，我们需要停下来，检查一下自己精神是否正常。首先，这些我们根本无法观测到的种种怪异真的是科学呢，还是我已经越出了科学的边界，踏进了纯粹的哲学思辨？

让我们更具体一些。著名哲学家卡尔·波普尔（Karl Popper）普及了一个如今被广为接受的格言：“如果不可证伪，那就不是科学。”在物理学中，人们所做的一切几乎都是用观察来验证数学形式的理论。如果一个理论本质上不能被验证，那从逻辑上说，它就不可能被证伪，这样一来，根据波普尔的定义，它就是不科学的。由此可以得出结论，理论是唯一有希望具备科学性的东西。所以我们得出了以下这个重要的观点： 平行宇宙并不是一个理论，而是特定理论作出的预测。

此处所说的特定理论，指的就是暴胀这样的理论。平行宇宙（假设它们真实存在的话）是物体，而物体是不可能具有科学性的，所以平行宇宙并不比一根香蕉更科学。

所以，我们必须对关于理论的哲学思辨问题做一些改进，这将把我们引向下面这个关键的问题： 一个预测了不可观测实体的理论就是不可证伪和不科学的吗？我觉得这个问题很有趣，因为它有一个清楚明确的答案：要证明一个理论是可证伪的，我们并不需要检验它的所有预测，只需要至少检验其中一个就够了。 表5-1所示为一些类似的情况。

由于爱因斯坦的广义相对论成功地预测了许多可被我们观测到的事物，比如水星绕太阳旋转的精确轨迹、被万有引力弯曲的光线、万有引力的钟慢效应等，所以我们把它看作一个成功的科学理论，并认真地相信它所作出的那些不可观测的事物。比如，黑洞视界内的空间是连续的 ，并且在视界上也不会发生什么稀奇古怪的事，这与早期的错误观念是相悖的。与之相似，暴胀理论也作出了许多成功的预测，于是它也成了一个成功的科学理论，这使得我们也应该相信它作出的其他预测——不管是可检验的预测（比如，未来的宇宙微波背景实验结果将是什么样），还是看起来不可检验的预测（比如，平行宇宙的存在）。表5-1最后3项所涉及的理论将预测出其他类型的平行宇宙，我们将在本书后面的章节中进行讨论。

关于物理理论，还有一件重要的事就是，如果你喜欢某个理论，那你必须全盘接受它的一切。 你不能说：“好吧，我喜欢广义相对论对水星轨道的解释，但是我不喜欢黑洞，所以我决定把后者从脑子里删除。”你不能这么做。如果你要选择广义相对论，就绝不能抛弃黑洞，这就像你不能买一杯咖啡后却不接受里面的咖啡因一样。广义相对论是一个严格的数学理论，没有修改的可能性；要么你就全盘接受它的所有预测，否则你就得从零开始，自己发明一个符合广义相对论所有成功的预测，但是却不存在黑洞的全新数学理论。这简直比登天还难。并且，到目前为止，所有这样的尝试都失败了。

同样， 平行宇宙也是永恒暴胀理论不可或缺的一个预测。 它们就像一包捆绑销售的商品，如果你不喜欢它们，你就得去寻找一个不同的数学理论，它不仅要能解释爆炸问题、视界问题和平坦性问题，还必须能创生出宇宙的种子涨落——同时预言平行宇宙不存在。事实证明，这也难于上青天。这正是为什么在我的同行们中，越来越多的人选择相信平行宇宙（尽管常常极不情愿）。

所有可能发生的事，都一定会发生

现在我们已经解决了一件事——我们不用为在本书里讨论平行宇宙而感到不好意思，即使这本来应该是一本科学书籍。但是，科学的东西也不一定完全正确，所以，让我们一起来更仔细地看看平行宇宙的证据。

在本章前文，我们已经看到，包含着你众多分身的第一层多重宇宙是永恒暴胀理论的一个逻辑结论。我们也看到，暴胀理论目前是科学界在早期宇宙演化领域最流行的理论，由于这个暴胀是永恒的，所以创造出了第一层多重宇宙。也就是说，第一层多重宇宙的最佳证据正是我们对暴胀所拥有的证据。这是否能证明你的分身们真的存在？当然不能！在这个时刻，我们并不能100%地确信暴胀是永恒的，甚至不能确定暴胀到底有没有发生过。幸运的是，目前对暴胀的研究是一个在理论和实验上都非常活跃的领域，所以，在今后的几年里，我们很可能将获得更多关于暴胀的证据，有的可能支持它的存在，也有的可能反对（同时也将成为支持或反对第一层多重宇宙的证据）。

到目前为止，本章的所有讨论都是基于暴胀理论进行的。然而，第一层多重宇宙理论的存亡是否完全取决于暴胀呢？不是的！假如根本不存在第一层平行宇宙，那么，在我们所能观测的宇宙空间之外，一定也空无一物，连空间都不存在。在我的同行中，没有一位认为空间会如此之小。如果有人为这种理论辩护，他就像一只把头埋在沙子里的鸵鸟，同时还声称只有他能看见的东西才是真实存在的。我们都接受那些尽管现在不可见，但随着我们改变位置或继续等待就会变得可见的事物，比如海平面以外的船只。宇宙视界之外的事物也处在同样如此的位置，因为我们的可观测宇宙正在以每年大约1光年的速度增长，因为从那个边界发出的光终于旅行到了我们眼前 。

那么，对于那些与我们一个模子印出来的分身，有什么证据吗？如果我们梳理一下上面的讨论，就会发现，第一层多重宇宙所具有的“所有可能发生的事情，都一定会发生”的性质，遵循两个逻辑不同的前提假设。即使没有暴胀，人们也确信这两个假设是正确的。

●无限的空间和物质：在早期，空间就是无限的，充满了炽热的、不断膨胀的等离子体。

●随机的种子：在早期，某种机制播撒下了这样的种子，使得任何区域都能孕育出任意一种可能性的种子起伏，它们看起来是随机的。

让我们来依次讨论一下这两个假设。我认为第二个假设即使没有暴胀也十分合理。我们已经观测到这些看似随机的种子起伏的存在，所以我们知道，它们一定是某种机制创造出来的。我们也已经用宇宙微波背景和星系天图精确测算了它们的统计学性质，而它们的随机性质正好符合统计学家们所谓的“高斯随机场”（Gaussian random field），也满足第二个假设。此外，如果暴胀没有发生，遥远的区域就永远无法彼此沟通（见图4-2），这就保证了在每个区域内，这种机制都将独立地掷骰子。

那么，无限的空间和物质这一假设呢？其实，早在暴胀理论发明之前，主流宇宙学界就假设宇宙是一个相当均匀地充满着物质的无限空间。到现在，它是宇宙学标准模型中的一部分。尽管这个假设与它所暗示的第一层多重宇宙曾存有争议，但实际上，历史上曾有许多饱受争议的理论，比如1600年梵蒂冈为了将布鲁诺烧死在火刑柱上而控诉的那些异端邪说。最近，有许多人都就该主题发表了论文，比如乔治·埃利斯（George Ellis）、杰夫·布伦德里特（Geoff Brundrit）、贾米·加里加（Jaume Garriga）和亚历克斯·维兰金，他们很幸运，并未受到火刑柱的惩罚。不过，还是让我们用批判的眼光来看看无限的空间和物质这个假设吧。

在第1章中，我们看到，尽管最简单的空间模型（可追溯到欧几里得）是无限的，但爱因斯坦的广义相对论允许有限空间以各种优雅的方式存在。如果空间向自身弯曲，像一个超球面（见图1-7），那么这个超球面的体积将比我们能观测的部分（也就是我们的宇宙）大了至少100倍，这就解释了为何我们可观测的空间是如此平坦，连宇宙微波背景实验迄今都没有检测到任何曲率。也就是说，就算我们生活在一个类似超球面的有限空间内，也应该存在至少100个第一层平行宇宙。

那么，一个环面形（面包圈形状）的有限空间呢？我们在第1章中介绍过，在环面上，尽管空间是平坦的，但如果你往一个方向走下去，还是有机会回到原点。这种空间有点儿像一些电子游戏，在其中，如果你飞出了屏幕的一边，立刻就能从另一边飞回来，所以，如果你往前看得足够远，就能看到自己的后脑勺——你还能看见，每个方向上都规律地分布着无数个你的分身，就好像站在一个装满了镜子的房间里。如果我们的空间具备这种性质，它最小的尺度应该是多大呢？它当然比我们的银河系大多了，因为望远镜并没有瞥见无数个相同的银河系整齐地在一个方向上排列成行。但是，如果这个尺度很大，比如有100亿光年，那这个实验就失败了——我们连最近的那个银河系分身都无法看见，因为100亿年前它还不存在呢。幸好还有一种更灵敏的检验方法。我们可以先确定一个50亿光年外的物体，比如一个明亮的星系，然后向相反方向的50亿光年外去寻找那个相同的星系。不过，这样的搜寻还是一无所获。

最灵敏的方法，莫过于使用我们能看到的最远极端，也就是宇宙微波背景，往其相反的方向去寻找相符的模式（见图5-1）。许多研究团队，包括我和安赫丽卡，都尝试了这种方法，依然无功而返。此外，如果空间的体积是有限的，那么，它将只允许一些特定频率的扰动存在，这就好比长笛内部的空气只能在几个固定的频率上振动一样。这将以一种特别的方式扭曲宇宙微波背景频谱曲线，但安赫丽卡等人“众里寻他千百度”，最终却一无所获。总的来说，空间有限的可能性依然存在，但近年来的观测结果严重地限制了这种可能性，其中，唯一可能的有限空间的尺度应该大于我们的宇宙，或者与我们的宇宙尺度相当。所以，很难说平行宇宙完全不存在，至少应该存在一小撮。此外，如果当下真的只允许一个宇宙存在，这需要回答一个奇怪的巧合问题：“为什么是现在？”因为，既然刚好到达我们的光线来自空间中的一小部分，那就不能否认在其外还存在其他平行宇宙的可能性。

我们对空间的无限已经谈得够多了。那么，前文假设中的“物质无限”部分呢？在暴胀理论之前，这部分常以“哥白尼原则”（Copernican principle）为依据，意思是说，人类在宇宙中并不占据什么特殊的位置，如果我们周围布满了星系，那整个宇宙也都应该如此，到处布满了星系。

对于这种说法，近期的观测结果如何呢？更具体一点说，在大尺度上，物质分布到底有多均匀呢？在“岛宇宙”（island universe）模型中，空间是无限的，但物质被限定在一个有限的区域内，几乎所有第一层多重宇宙都可能一片死寂，没有任何物质的影踪，只有空荡荡的空间。这种模型在历史上曾一度非常流行。起初，所谓的“岛宇宙”只包含地球和四周肉眼可见的星体；到了20世纪早期，“岛宇宙”扩展到银河系中的已知部分。但随着观测技术的进步，“岛宇宙”模型在近年来已被完全摒弃。上一章我们所谈论过的三维星系天图已向人类展示了叹为观止的宇宙大尺度结构（包括星系群、星系团、超星系团和“斯隆长城”等）。我们看到，在大于10亿光年的尺度上，并不存在任何连贯一致的结构。这种大尺度上枯燥无趣的均匀性取代了“岛宇宙”，登上了历史舞台。

我们观测的尺度越大，宇宙中的物质就看起来越均匀（见图3-6）。为了反对那些认为“我们的宇宙只是被设计来愚弄人类的阴谋论”，科学家们用观测结果大声疾呼：据目前所知，空间看来已延续到我们的宇宙的边界之外，但依然充满了星系、恒星和行星。

10 ^{10 91} 米外，有个人与你一模一样

之前我们已经讲到，如果第一层平行宇宙真的存在，它们的尺度应该与我们的宇宙相仿，但栖身于相当遥远的空间，从那里发出的光线还没有足够的时间到达我们的眼睛。这样说起来，我们应该位于我们宇宙的中心位置。这是否说明我们在宇宙中拥有一点特殊的地位呢？并不是。

想象一下，假设你行走在一片铺天盖地的浓雾中，能见度小于50米，你会感觉到自己处在一个雾霾围成的球面中心，在这个球面的边界之外（与我们的宇宙边界很类似），什么都看不见。但是，这并不能说明你真的拥有特殊的地位、处在某个基本事物的中心，因为无论是谁，只要走进这片浓雾中，都会觉得自己位于雾霾球面的中心。同样，任何一个观察者，不管他位于空间中的什么地方，都会觉得自己位于宇宙的中心。并且，这些相邻宇宙相接的地方也并不存在什么物理边界，就像雾气中能见度边缘的50米远处并不存在一个特别的分界线一样——50米外的雾气和地面与你身边的并无什么差别。此外，这些平行宇宙之间还可以相互重叠，就像雾球可以相互重叠一样。比如，30米外有一个人，他能看见一部分你能看见的区域，同时也能看见一部分你看不见的区域，这样你们俩的雾球就有一部分区域相互重叠了。平行宇宙也是如此，假如50亿光年外的星系中居住着一位观察者，他能看见地球所在的区域，同时也能看见一部分超越我们视野之外的宇宙。

如果永恒暴胀或其他什么东西创造出了无限多的此类平行宇宙，那么，和我们相仿的那些分身里最近的那个，究竟位于多远之外呢？根据经典物理学，宇宙可以有无穷多种组织形式，所以，不能保证你一定能找到你的分身。从经典理论的角度来说，甚至两个粒子间的距离都有无限多种可能性，因为你在计算概率时会发现小数点后的位数将是无穷多。但是， 有一个很清楚的事实是，所有人类文明只能辨别出可能存在的有限多个平行宇宙，因为人类目前的测量精度是有限的——迄今为止，物理学测量误差的纪录是小数点后16位。

更有甚者，量子力学甚至从最根本的层次上限制了平行宇宙的多样性。正如我们将在后两章探讨的那样，量子力学将模糊的本质赋予了大自然，因此，用超过特定值的精确度去讨论物体的位置是没有意义。这种局限的结果就是，宇宙组织形式的可能性是有限的。根据保守估计，与我们的宇宙大小相仿的宇宙的组织方式共有10 ^{10 118} 种 ^[14] 。还有一种更保守的理论，叫作“全息原理”（holographic principle），它预测一个与我们的宇宙大小相似的体积最多能有10 ^{10 124} 种组织方式 。否则，你塞进去的东西就太多了，会让它形成一个比自身还大的黑洞。

这些都是巨大的数字，大得简直超乎想象，甚至比著名的“古戈尔普勒克斯”（googolplex）还大。小男孩都对大数字很着迷，我曾经偷听到我儿子和他的小伙伴抢着说出比对方更大的数字。在万亿、亿亿之后，我们不可避免要遇到这样一个炸弹——古戈尔普勒克斯。在它之后，是一片充满敬畏的沉默。你可能知道，1古戈尔普勒克斯是指1后面跟着1古戈尔个零，而1古戈尔是1后面跟着100个零，所以1古戈尔普勒克斯就是10 ^{10 100} 。它后面可不只是跟着100个零，而是10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000个零！这个数字实在是太大了，你根本没法写出来，因为它包含的位数甚至比我们整个宇宙的原子数量还多！我一直怀疑谷歌（Google）是一家野心勃勃的公司。当我因一次会议而去拜访他们时，我发现他们把自己的办公园区称为“谷歌普勒克斯”（Googleplex）。

虽然10 ^{10 118} 是一个超大的天文数字，但与无穷大比起来，还是小巫见大巫。这意味着，如果永恒暴胀创造出了一个包含无穷多个第一层平行宇宙的空间，那里面将包含所有的可能性。具体地说，想要找到两个完全相同的宇宙，你可能需要逐个检查10 ^{10 118} 个宇宙（见图5-2）。 所以，如果你在宇宙中沿直线旅行，想到达第一个与我们的宇宙完全相同的宇宙，你可能需要横穿10 ^{10 118} 个宇宙直径。 如果你愿意在各个方向上都去碰碰运气，你会发现，每个方向上碰到相同宇宙需要旅行的距离是大致相同的，差不多都是10 ^{10 118} 米，这个搞笑的双重指数（指数的指数）依然存在。 ^[16]

在稍微近一些的地方，大约10 ^{10 91} 米以外的地方，应该存在一个半径为100光年的球形区域，与以地球为中心的同半径区域完全相同，所以我们在下一个世纪中的所有观念也将与那里的分身完全相同。大约10 ^{10 91} 米以外的地方，应该存在一个与你一模一样的人。实际上，还有一些分身可能存在于更近的地方，因为最终孕育出你的整个过程在宇宙中处处都在发生，比如行星的形成和进化的历程。仅在我们的宇宙中，就可能存在着10 ²⁰ 颗处于宜居带的行星。

第二层多重宇宙，永远无法到达的地方

之前，我曾把暴胀称为“不断给予的礼物”，因为每一次你认为它不会再给出更激进的预测时，它都再一次颠覆你的想法。如果你感到第一层多重宇宙实在太大了，难以接受，那么，试着张开思维的翅膀，想象一下，假如有无穷多个第一层多重宇宙，有一些甚至拥有明显不同的物理定律，你的脑袋会不会一个变成两个大？然而，安德烈·林德、亚历克斯·维兰金、阿兰·古斯和他们的同事们已经告诉人们，这就是暴胀理论作出的典型预测。我们将它称为第二层多重宇宙。

同一个空间，许多个宇宙

物理学家怎能允许如此疯狂的事情存在？我们在图4-8中看到，暴胀能从有限的体积内创造出无限的体积。正如图5-3所示，我们没有理由认为暴胀不会在几个相邻的体积内发生，只要交界处的暴胀永不结束，就能由此产生出几个相邻的无限区域（也就是第一层多重宇宙）。

这意味着，如果你居住在其中一个第一层多重宇宙中，你根本不可能去拜访相邻的某一个——暴胀不停地在边界区域创造出空间，速度非常快，你根本不可能穿越过去。

这就好像我和孩子们玩的火箭游戏，我会假装他们坐在火箭的后座上，我带着他们一起前往第一层多重宇宙的边界：

“老爸，我们到了吗？”

“还有一光年。”

“老爸，我们到了吗？”

“还有两光年。”

也就是说，尽管其他第二层平行宇宙与我们处于同一个空间中，但它们与我们的距离无限远，即使我们以光速前进，也永远无法到达它们。与之不同的是，其他第一层平行宇宙从本质上说是可以到达的，你甚至能去往第一层多重宇宙中任意远的地方，只要你有足够的耐心，并且拥有一台宇宙膨胀减速器 。

我在图5-3中简化了许多因素，比如忽略了空间正在膨胀。图中，我用垂直的细线将几个U形的第一层多重宇宙分开，而这里正是永恒暴胀的区域，它们膨胀得非常迅速，并且其中有一些地方最终会停止暴胀，孕育出新的U形区域。如果考虑到上述特征，会更加有趣，因为第二层多重宇宙其实更像图5-4中展示的树形结构。

任何暴胀的区域都会膨胀得非常迅速，但是暴胀最终将会在其中一些部分终结，形成U形区域，而每一个U形区域都是一个无限的第一层多重宇宙。这个树形结构的树枝会永远生长下去，创造出无数多个这样的U形区域——所有U形区域一起组成了第二层多重宇宙。在每一个U形区域内，暴胀的终结都将把暴胀物质转变为粒子，最终聚集形成原子、恒星和星系。阿兰·古斯喜欢把每一个第一层多重宇宙叫作“口袋宇宙”（pocket universe），因为它可以很方便地塞进这个树形结构的树枝上。

花样繁多！被改变了的定律

在本章前面部分，我曾提到，第二层多重宇宙可以包含许多不同的无限区域，而这些区域内的物理定律也不尽相同，甚至可能有着天壤之别。诚然，这听起来十分古怪，物理定律怎么可能允许不同的物理定律存在呢？关键在于，从定义上来说，物理定律可以分为基本物理定律（fundamental laws of physics）和有效物理定律（effective laws of physics）。基本物理定律无论在何时何地都是一成不变的，但它能衍生出复杂的物理状态；在不同的物理状态中，有自我意识的观察者就会推论出不同的有效物理定律。

如果你是一条鱼，一辈子都生活在大海里，那么你可能会错误地认为，水并不是一种物质，只是空旷的空间。人类眼中那些水所拥有的性质，比如，游泳时受到的摩擦力，都被你这条鱼误认为是基本物理定律。例如，你会认为：“一条匀速运动的鱼如果不扇动鱼鳍，就会停下来，变成静止状态。”你可能根本不知道水有3种不同的状态——固相、液相和气相。你也可能不知道，你所谓的“空旷的空间”实际上只是液相——这是描述水的方程的一个特殊解。

这个例子可能听起来很傻，如果一条鱼真的这么想，我们也许会忍不住嘲笑它。但是，我们人类所认定的空荡荡的空间有没有可能也是某种奇妙的介质呢？如果真是这样，我们也应该遭到嘲笑！实际上，越来越多的证据表明，这确实是事实。不止“空旷的空间”是某种介质，这种介质似乎还拥有许许多多种状态，比水的3种状态多多了，可能约有10 ⁵⁰⁰ 种，甚至可能有无数种。这就开启了一种可能性：除了弯曲、拉伸和振动，我们的空间还可能存在与水的冻结和蒸发类似的性质！

物理学家是怎样得出这个结论的呢？如果一条鱼足够聪明，它就能通过实验证明自己的“空间”只不过是一些遵循着数学公式的水分子。再对这些公式进行研究，它就能如图5-5中画的那样，得出这些公式的3个解，分别对应着三相，也就是固态的冰、液态的水和气态的水蒸气，即使它可能一辈子都没有见过冰山和喷着水蒸气的海底火山口。同样，我们物理学家也正在寻找着那些能够描述我们的空间及其内容物的公式。我们还没有找到最终的答案，但是我们目前所得到的近似解和水有许多相似之处——它有不止一个解（也就是相），可以描述均匀的空间。在最终答案的候选者中，弦理论是最有可能拔得头筹的那个，人们发现它存在至少10 ⁵⁰⁰ 个解。而对其他候选者（比如圈量子引力论）来说，目前也没有迹象表明它们只存在唯一的解。物理学家喜欢把一个理论可能存在的所有解的集合称作这个理论的“图景”（landscape） 。不同的解所具有的不同性质组成了各自的有效物理定律，但它们都是相同的基本物理定律容许范围内的不同可能性。

这和暴胀有什么关系呢？令人惊讶的是，永恒暴胀有能力创造出任何一种可能存在的空间类型！它将整个图景变为了现实。事实上，对空间的每一种相，暴胀都能创造出无数多个第一层多重宇宙，每一个的内部都充满了这种相。这意味着，我们这些观察者很容易被愚弄，也很容易得到和鱼儿一样错误的结论：由于我们观察到我们的宇宙空间中处处拥有相同的性质，所以我们很容易错误地认为其他地方的空间也同样如此，认为它们与我们的空间一样，拥有同样的性质。

暴胀是如何做到这一点的呢？要让空间发生相变，需要大量能量，而我们日常观察到的种种过程都不具备这样的能量，所以无法完成这种改变。但是，回溯到暴胀的时代，每个微小的空间内都蕴藏着巨大的能量，足以使得前文提到过的量子涨落在微小的区域内触发偶然的相变，这个小区域随后暴胀为一个硕大无朋的区域，其内部处处拥有相同的相。此外，一个区域要停止暴胀，必须要处于特定的相，才能够保证两种相之间的边界区域处于永恒暴胀的状态。所以，每种相都各自把一个第一层多重宇宙塞得满满当当。

那么，这些异相的空间看起来什么样呢？

想象一下，假如你以前从来没有听说过汽车，也完全不知道汽车的工作原理，可是你生日那天却收到了一辆汽车作为礼物，车钥匙就插在点火装置上。你十分好奇，钻进车里，东摸西搞，把各种按钮、旋钮、控制杆都试了一遍。最后，你终于发现了正确的使用方法，并学会了开车，开得还相当不错。但是，假设有人在你拿到车之前，神不知鬼不觉地把变速杆旁表示倒车挡的字母“R”擦掉了，并对变速器动了手脚，导致你必须使出全身力气才能把变速杆换到倒车挡。这意味着，除非有人告诉你真相，那么你可能永远也不知道车还能倒着开。如果有人向你请教如何开车，无一例外，你会错误地向他断言，只要发动机尚在运行，那么，油门踩得越狠，向前的车速就越快。同样，如果此时在另一个平行宇宙中，同一辆车被改装后，需要巨大的力量才能向前进而不是向后退，那另一个你可能会总结道：“这台奇怪的机器只能倒着开。”

我们的宇宙和这辆车有异曲同工之妙，它有一堆控制用的“旋钮”（见图5-6）。这些旋钮正是规定物体随外力如何运动的定律——就是我们在学校里所学的物理定律，包括所谓的自然常数。每设定一次旋钮的位置，都相当于设定了空间的一种相，所以，假如一共有500个旋钮，每个旋钮有10个可选的档位，那么，空间就总共有10 ⁵⁰⁰ 种不同的相。

当我还在上高中时，老师告诉我们，这些定律和常数都是放诸四海而皆准的，永远不会随地点和时间而改变。这显然是错误的。可是，他错在哪里呢？原来，要拧动这些控制宇宙的旋钮，改变它们的档位，就像扳动那辆汽车里的变速杆一样，需要巨大的能量——比我们目前所能支配的能量大多了，所以，我们根本不知道这些设定竟然可以改变，甚至连这些设定的存在都不知道。但是，与汽车变速杆不同，大自然的“旋钮”隐藏得非常好。这些“旋钮”以所谓的“高质量场”（high-mass fields）等晦涩不清的形式存在，不仅改变它们需要巨大的能量，甚至连探测到它们的存在也需要相当大的能量。

那么，物理学家们是如何发现这些旋钮的存在，以及它们竟然可以在巨大的能量作用下，改变宇宙运行规律的呢？用同样的方法，你也能发现你的车竟然还能倒着开，只要你拥有足够的好奇心。这种方法就是，认真研究各个零件的工作原理！比如，仔细钻研一下变速箱。同样，对自然界最小的基本构件进行仔细研究后，人们发现，只要加诸足够的能量，它们就会重新排列，改变宇宙的运行规律，我们将在下一章对这些基本构件进行探索。永恒暴胀可能早已向量子涨落提供了足够的能量，并在不同的第一层多重宇宙中触发了这种重新排列。这就好像一只身强力壮的大猩猩闯进一个停满了车的停车场，大肆地随意破坏车里的按钮和变速杆。等它搞完破坏，一定有一部分车处在倒挡上。

总而言之， 第二层多重宇宙从根本上改变了我们对物理定律的传统观念。许多曾被认定为放诸四海而皆准、不随时间和空间而变化的基本定律，到头来原来都只是有效物理定律，就像只对本地人有约束力的地方法规一样，每个地方的旋钮设定都可能不一样，从而形成不同的相。 表5-2总结了这些观念及其与平行宇宙的关系。这延续了一个古老的趋势——曾几何时，哥白尼认为行星轨道成完美的圆形是基本物理定律，而现在，我们知道非正圆形的轨道更加普遍。行星轨道偏离正圆形的程度（天文学家称之为“离心率”）就好似一个可控的旋钮，但是，一旦太阳系已经形成，这个旋钮的相位就很难改变，即使可变，变的速度也很慢。第二层多重宇宙把这种概念上升到了一个新高度，将许许多多基本物理定律都降级为了有效物理定律。我们接下来将继续探索这一点。

微调性是第二层多重宇宙的证据

那么，第二层多重宇宙究竟是否存在呢？此前我们已经看到，永恒暴胀的证据（已经有很多了）正是第二层多重宇宙的证据，因为后者是前者的预测。我们也看到，如果一些自然规律或常数本质上是可以随地点而变化的，永恒暴胀就会让它们在第二层多重宇宙中全部实现。那么，有没有更多直接的证据来证明第二层多重宇宙的存在，而不用如此依赖理论推测呢？

在这一节中，我将论证这个观点，即我们的宇宙似乎经过了某种精细微调，以适应生命的出现。从根本上说，我们发现，前面提过的那些旋钮似乎被调到了非常特殊的数值，如果有人哪怕极其轻微地改变了这些数值，我们所知的一切生命形态都不可能出现。比如，如果旋动暗能量的旋钮，星系将不可能形成；再旋动另一个旋钮，原子就会变得不稳定，诸如此类。这就好像，如果我没有经过飞行训练就去开飞机，面对驾驶舱里琳琅满目的旋钮，我肯定立刻吓趴下了。但是，如果我有能力随意拧动我们宇宙的旋钮，毫无疑问，我能活下来的概率肯定更低。

据我观察，人们对已观测到的微调性有三种反应：

●偶然说。有人认为，这只是一种偶然的巧合，别无长物。

●设计说。有人认为这是一个证据，说明我们的宇宙是由某种实体（也许是一个神，或者一个高级的宇宙模拟生命形态）设计出来的，它谨慎小心、一丝不苟地把那些旋钮微调到了允许生命存在的数值。

●多重宇宙说。有人认为这是第二层多重宇宙存在的证据。因为，如果旋钮的每个档位都可能出现于某处，那么，自然地，我们当然会发现自己处在一个最适宜的区域。

接下来，我们将探讨“偶然说”和“多重宇宙说”，在第11章探索“设计说”。不过首先，让我们先来看看到底有哪些微调证据，给我们带来了这么多麻烦。

微调暗能量，让宇宙正常运转

我们在第3章中已经看到，我们的宇宙史就是一场万有引力的拔河比赛，对战双方是暗物质和暗能量，前者千方百计想把物质聚集在一起，而后者则处心积虑地将物质分离开。由于星系形成需要将物质拉拢在一起，所以我把暗物质看作我们的朋友，而把暗能量看作我们的敌人。曾经，暗物质在宇宙中占大多数，它那友善的万有引力帮助星系聚集成型，比如我们的银河系。然而，随着宇宙膨胀，暗物质被逐渐稀释，但暗能量却没有被稀释。暗能量无情的万有“斥力”最终占了上风，遏制了更多的星系形成。

这意味着，如果暗能量的密度极其庞大，它就会赶在第一个星系形成之前迅速占据上风。这样一来，宇宙就会胎死腹中，永远陷入黑暗的深渊，没有一丝生命的火种，只有近乎均匀的气体。反过来说，如果暗能量密度减少到负值（爱因斯坦的理论允许这样的情况存在），那么我们的宇宙就会停止膨胀，生命还来不及进化，宇宙就会坍缩为灾难性的“大挤压”。简而言之，如果你真的找到了旋动“暗能量旋钮”（见图5-6）以改变暗能量密度的方法，拜托你，两个方向都不要调得太多，因为这对生命来说是一件糟糕的事——这就像按下了关机键。

那么，暗能量这个旋钮最多能拧到多少，才不至于让万物轰然倒塌呢？目前旋钮的设定相当于我们实际测量暗能量密度的结果，即每立方米大约包含10 ^-27 千克。这个数字与整个可调范围相比，简直相当于零——暗能量密度旋钮的最大值是每立方米10 ⁹⁷ 千克，那时量子涨落用微型黑洞布满了空间；而最小值的绝对值与前者相同，只是前面加了一个负号，即每立方米-10 ⁹⁷ 千克。如果图5-6中的暗能量旋钮旋转一整圈就能让暗能量密度在整个可调范围内最大限度地变化，那么，在我们的宇宙中，该旋钮的实际位置偏离中点刻度的比例仅为10 ^-123 。这意味着，如果你从零点开始微调旋钮，想把它旋转到允许星系形成的位置，那你必须小心翼翼地拧动一个极其微小的角度。小到什么程度呢？小到小数点后120多位！尽管这听起来像是不可能完成的任务，但某些机制却似乎完美地做到了这一点，将参数调整得非常精确，好让我们的宇宙能正常运转。

微调粒子，建立稳定的原子世界

在下一章中，我们将探索基本粒子的微观世界，那里也有许多旋钮，决定着粒子的质量和相互作用力的大小。如今，科学界越来越清晰地意识到，这些旋钮仿佛也经过了精确的微调。

比如，如果电磁力略微降低4%，太阳就会立刻爆炸，氢会立刻聚变为所谓的双质子（diprotons，双质子是一种不含中子的氦，在其他情况下是不可能存在的）。而如果将电磁力稍微升高一点点，之前稳定的原子（譬如碳和氧）就会产生放射性，并很快发生衰变。

如果弱相互作用力略微降低一点点，我们周围就不会出现氢，因为它们都将在大爆炸后不久就全转变为氦了。如果弱相互作用力过高或者过低，超新星爆炸释放出的中微子就无法吹走恒星外层，那生命进化所必需的重元素（比如铁元素）就难以被回馈到宇宙空间，最终也没法落在地球这样的行星上，更别说孕育出生命了。

如果电子比现在轻很多，那就不可能存在稳定的恒星。如果电子重很多，就不可能存在晶体和DNA分子之类的有序结构。如果质子重0.2%，它们就会衰变为中子，无法捕获电子，所以原子也将不复存在。如果质子轻很多，原子内部的中子就会衰变成质子，那么除了氢之外，宇宙中不可能存在其他稳定的原子了。实际上，控制质子质量的那个旋钮拥有非常宽广的可调范围，却必须被调到小数点后33位的精确度，宇宙中才可能形成氢原子以外的稳定原子。

充满探险之旅的微调宇宙学

大部分微调的例子都发现于20世纪七八十年代，发现者是保罗·戴维斯（Paul Davies）、布兰登·卡特（Brandon Carter）、伯纳德·卡尔（Bernard Carr）、马丁·里斯（Martin Rees）、约翰·巴罗（John Barrow）、弗兰克·蒂普勒（Frank Tipler）、史蒂文·温伯格等物理学家。近年来也正涌现出越来越多的例子。我进入该领域的第一次探险就是同马丁·里斯一道。他是一位极具英伦风格的白发天文学家，很有魅力，也是被我视为英雄的科学家之一。我从来没见过有人演讲时像他那样欢欣鼓舞，他的眼睛仿佛总是放射出热情的光芒。他也是第一位鼓励我遵从自己的内心、追寻非主流话题的科学权威。我们在上一章里看到，宇宙种子起伏的幅度大约为0.002%。马丁和我经过计算得出，如果这个数值小很多，星系就不会形成；如果它大很多，则会发生频繁的小行星撞击等艰难之事。

我正是在讲这个主题时，台下的阿兰·古斯进入了梦乡。而那场演讲的主持人亚历克斯·维兰金则一直醒着，后来，我们组成了一个研究团队，开始研究中微子——这是一种由大爆炸创造出来的鬼魅般的粒子，数量很丰富。同样，我们发现它们也仿佛经过了细致的微调，如果它们重很多，就会阻挠星系的形成。我在MIT的同事弗兰克·韦尔切克（Frank Wilczek）冒出了一个想法，关于暗物质的密度在平行宇宙之间是如何变化的。他和我、马丁·里斯、安东尼·阿吉雷（Anthony Aguirre）一起进行了计算之后发现，如果把暗物质的旋钮拧动到远离观测值的地方，我们的健康也将受到损害。

一个无法解释的巧合

那么，我们应当如何看待微调性呢？首先，让我们来看一下，为什么我们不能对它置之不理，只把它看作一堆偶然的巧合。这是因为科学方法不能容忍无法解释的巧合存在，比如，“我的理论需要一个无法解释的巧合才能符合观测结果”等同于“我的理论被排除了”。例如，我们已经看到，暴胀理论预测出空间是平坦的、宇宙微波背景中斑点的平均尺度约为1度，这些预测都得到了第3章所提到的那些实验的证明。假设普朗克卫星团队观测到的平均斑点尺度竟比这个预测值小很多，促使他们不得不宣布以99.999%的置信度排除了暴胀理论。如果出现这种情况，暴胀依然有可能成立，因为它所预测的平坦宇宙中的随机涨落依然有可能生成与测量值一样小得异乎寻常的斑点，从而哄骗他们得出暴胀不存在的错误结论。然而，有99.999%的可能性，这种事并不会发生。换句话说，在这种情况下，暴胀理论需要十万分之一的巧合才能符合观测结果。如果阿兰·古斯和安德烈·林德现在联合举行一场新闻发布会，坚称没有任何证据证明暴胀不存在，因为他们的直觉认为普朗克卫星的测量结果只是一个偶然的巧合，应该被排除掉，那他们俩就违背了科学方法。

也就是说，随机涨落意味着我们在科学中永远不能100%确定某一件事——永远存在一个微小的可能性，会让你不幸遭遇随机的测量噪声，诸如探测器故障，甚至有可能整个实验都只是一场幻觉。不过，在实际操作中，如果一个理论以99.999%的置信度被排除掉了，就相当于已被科学界判了死刑。与之类似，那种认为暗能量的微调性只是一个偶然的理论，同样需要一个无法解释的巧合，而这个巧合被排除掉的置信度为99.999 999……%，小数点后大约有120个9。

那个A打头的单词——人择原理

那么，第二层多重宇宙如何解释微调性呢？有一个理论认为，自然界的旋钮刻度上的任意一个数值，本质上都有可能出现在某处，那么这种理论将预测到，我们这种宜居宇宙会出现的可能性是100%。由于我们只能生活在一个宜居的宇宙中，所以无须惊讶我们正好栖身于这样一个宇宙中。

虽然这个解释符合逻辑，却引来了众多争议。在地心说这种认为地球很特殊的观点被证明为愚蠢之见之后，它的对立面根深蒂固地植入了人们的大脑。这个与地心说对立的观点就是哥白尼原理，该原理认为我们在时间和空间中所处的位置都毫无特别之处。布兰登·卡特对哥白尼原理提出了异议，他把自己的观点称为“弱人择原理”（weak anthropic principle）。他说：“我们必须考虑到一个事实，那就是，我们在宇宙中的位置必然是特殊的，至少特殊到允许我们这些观察者存在。”我的一些同行认为，这种观点是一种倒退，让人联想到地心说。但是，当我们把微调性纳入考量时，第二层多重宇宙的图景确实与哥白尼原理相悖，如图5-7所示，绝大多数宇宙都是一片死寂，我们的宇宙却与众不同——它包含的暗能量比其他大多数宇宙少很多，与此同时，其他“旋钮”的设定也迥然不同。

引入无法观测的平行宇宙来解释观测现象，惹恼了我的一些同行。我还记得1998年费米实验室的那场演讲，那里位于芝加哥郊外，拥有一台著名的粒子加速器。当一位演讲者谈到那个以“A”打头的单词——“anthropic”（人择）时，观众席上爆发出一阵嘘声。后来，为了躲避人们灵敏的嗅觉，也为了通过审稿，马丁·里斯和我一起写第一篇人择原理论文时，发明了我们自己的方法：在摘要中避免使用这个“A”打头的单词……

从个人的角度来说，我对卡特提出的人择原理仅存一点异议：它不应该只是一个原理。因为“原理”二字意味着它是可选择的，也就是说还可能存在其他选项。但事实并非如此。用正确的逻辑来对待一个符合观测的理论，这是必须的，而不是一个可选择的选项。如果大部分空间都不宜居，我们当然会出现在一个特别宜居的地方。实际上，别提其他宇宙了，只消看看我们自己的宇宙，你便会发现，大部分空间也都是相当不宜居的——如果你出生在空旷无垠的星系间空洞，或者一颗恒星内部，那只能祝你好运了！再比如，在我们的宇宙中，只有一千分之一的万亿分之一的万亿分之一的万亿分之一的空间位于一颗行星表面1公里的范围内，所以，这真的是一个非常特别的地方。这就是我们栖身的地方，一点也不用惊讶。

再举个更有趣的例子吧。比如，用M来代表太阳的质量，M影响着太阳的光度。运用基本物理定律，我们就能计算出允许我们所知的地球生命形态存在的M值区间。这个区间非常狭窄，大约在1.6×10 ³⁰ ～2.4×10 ³⁰ 千克之间。否则，地球的气候就会变化，要么比火星还要冷寂，要么比金星还要炎热。那M值究竟为多少呢？M的测量值大约为2.0×10 ³⁰ 千克。根据计算可知，恒星的质量范围很广，约为10 ²⁹ ～10 ³² 千克，而太阳的质量为何如此巧合，正好位于允许生命存在的小范围内，就像被微调过一样呢？这个巧合无法解释，看起来让人有些不安。然而，我们却可以这样来解释这个巧合：宇宙中有许许多多恒星系，它们各自有着不同的“旋钮设定”，比如不同的母星尺度和恒星轨道。很明显，我们栖身的地方必然是一个宜居的恒星系。

这个例子的有趣之处在于， 我们可以用太阳系的微调性来预言其他不同恒星系的存在，即使它们还未被我们发现。用同样的逻辑，我们也可以用我们宇宙的微调性来预言其他不同宇宙的存在。唯一的区别在于，其他恒星系可以被我们观测到，其他宇宙却永远无法被我们观测到。 但这点区别并不能弱化前面所说的论证过程，因为它与逻辑推理无关。

我们究竟希望预测什么

我们物理学家很喜欢测量数字，比如下面这些参数的测量值：

●地球的质量：5.9742×10 ²⁴ 千克。

●电子的质量：9.10938188×10 ^-31 千克。

●地球绕着太阳旋转的轨道半径：149597870 691×10 ²⁴ 米。

●电子绕着氢原子旋转的轨道半径：5.291 772 11×10 ^-11 米。

除此之外，物理学家还喜欢尝试从基本原理来预测这些数字。那么，我们成功过吗，或者这只是一厢情愿？约翰尼斯·开普勒在作出“行星轨道是椭圆形的”这个著名发现之前，曾经提出过一个优雅的理论，与上面所列的第3个数字有关。他提出，水星、金星、地球、火星、木星和土星的轨道就好像位于6个球体中，这6个球体像俄罗斯套娃一般嵌套在一起，每层间分别插入了一个八面体、一个二十面体、一个十二面体、一个四面体和一个立方体（见第6章图6-2）。且不说这个理论很快就被更精确的观测所排除了，它的整个前提看起来都很愚蠢，因为现在我们知道，宇宙中还存在有其他恒星系，我们测出的太阳系行星轨道数据根本无法带来任何关于宇宙本质的信息，只能告诉我们在宇宙中的位置。具体到这个案例中，也就是我们居住在哪个特别的恒星系中。从这个意义上说，我们可以把这些数字看作我们在空间中的地址的一部分，或者我们在宇宙中的邮政编码的一部分。

比如，一个外星人邮递员要向地球递送包裹，我们如何向他解释太阳系在银河系中的位置呢？我们可以告诉他，你应该去一个有着8颗行星的恒星系，在这个恒星系中，8颗行星距离母星的距离分别等于最里面那颗行星轨道半径的1.84倍、2.51倍、4.33倍、12.7倍、24.7倍、51.1倍和76.5倍。这样一来，他可能就会恍然大悟地说：“噢！我知道你说的是哪个恒星系了！”

我们早就放弃通过宇宙基本原理来预测地球的质量或半径了，因为我们知道宇宙中还存在着许多尺度不同的行星。那电子的质量和轨道半径呢？找遍宇宙，你会发现，宇宙中所有电子的质量和轨道半径都完全相同，所以，我们仿佛重拾了找到宇宙本质的希望——这几个数字有可能就是我们这个物理世界的基本性质，终有一天能根据开普勒轨道模型的精神，纯粹用理论计算出来。实际上，早在1997年，著名弦理论学家爱德华·威滕就告诉我，他相信总有一天，弦理论能预言出电子比质子轻的倍数。然而，我最近一次见他是在安德烈·林德的60岁生日派对上，他酒后向我吐露真言，说他已经放弃了预言任何一个自然常数。

为何威滕如此悲观？因为历史总是惊人地相似。第二层多重宇宙之于电子质量，正如其他行星之于地球质量——让电子质量从“宇宙的基本性质”降格为了仅仅只是宇宙地址的一部分。对所有在第二层多重宇宙中变化的数字来说，测量它数值的唯一作用，就是缩小我们碰巧所栖身宇宙的可选择范畴。

我们目前已经发现了32个构建在我们宇宙内部的独立参数，我们希望能尽可能精确地测量它们的值，小数点位数越多越好（见第9章）。它们是否会在第二层多重宇宙中发生变化呢？或者，它们中的其中一些是否能从基本原理中（或从其他更少的数字中）计算出来呢？我们依然缺少一个能成功回答这个问题的基本物理理论，因此，在这个理论显露真容之前，去研究那些测量值以寻求一些线索，是非常有趣的事情。如果我们随机选择一个宇宙，那些在多重宇宙间发生变化的数字也会显得十分随机。那么，我们测量到的这些数值看起来随机吗？你可以看一看图5-8，自己判断一番。图中，我标出了9种基本粒子的质量，这9种粒子在粒子物理学中被称为费米子（fermions）。不用在意我使用的奇怪刻度，这种刻度从左往右每隔几厘米尺度就增大10倍。反正在我看来，它们像9个随意扔出去的飞镖。实际上，这9个数字通过了统计学家对随机性的严苛测试，插上了胜利的旗帜。它们符合从统计学家所谓的均匀分布中随机抽取的样本，斜率小于10%。

并非如堕烟海

如果我们居住在一个随机的宜居宇宙中，这些数字应该看起来也很随机，但总的来说，它们应该满足与宜居性有关的概率分布。将这些数字在多重宇宙中的变化情况与星系形成等物理过程结合起来，我们就能对可能观测到的现象作出统计学预测。目前看来，这些预测与暗能量、暗物质和中微子（见图5-9）的数据十分吻合。实际上，史蒂文·温伯格对暗能量密度所作出的第一个非零预测，就是这样作出来的。

我非常喜欢详细研究我们“宇宙控制器”上的已知“旋钮”，暗自揣摩假如它们被设定在不同的数值上，将会发生什么事。比如，请不要随便拧动图5-6中代表空间与时间维度的两个旋钮，因为这将带来致命的影响。如果你增加时间维度的数量，让它超过3，就不可能存在稳定的恒星系，甚至连稳定的原子都将不复存在。比如，在一个四维空间内，牛顿的万有引力方程将发生改变——万有引力将不再与距离的平方成反比，而是与距离的立方成反比，这样一来，就再也不可能存在任何稳定的轨道。我对自己的这个发现感到十分兴奋，但没过多久，我就意识到我只是打破了自己的认知藩篱而已，因为奥地利物理学家保罗·埃伦费斯特（Paul Ehrenfest）早在1917年就发现了这一点……如果把空间的维度降到3以下，太阳系就不可能出现，因为万有引力将不再是“引力”。这样的空间过于简单，无法孕育出像我们这样的观察者，原因有很多，比如，两个神经元无法交叠。不过，改变时间的维度却并没有你想的那么诡异，爱因斯坦的广义相对论就能很好地处理这一点。

然而，我曾经写过一篇论文，文中探讨了改变时间的维度将抹去物理学中与预测息息相关的数学性质，这样一来，进化出大脑也就失去了意义。正如图5-10所示，唯一可行的方案就是3个空间维度加1个时间维度。换句话说，假如有一个无限聪明的婴儿，那么，即使它不进行任何观测，也能从基本原理中推演出两个事实：第一个事实是，第二层多重宇宙中包含着不同时空维度组合的宇宙；第二个事实是，在所有的维度组合中，只有时空维度为3+1的宇宙才可能存在生命。套用笛卡儿的话，这个婴儿可能会在第一次睁眼看世界之前，就顿悟到：“我思，故空间是三维的，时间是一维的。”

整个第二层多重宇宙都存在于同一个空间范围内，那么时空的维度为什么会变化呢？原来，根据最流行的弦理论模型，只有表观的维度才会发生变化，真正的空间永远拥有9个维度，但是我们却无法察觉到其中的6个维度，因为它们蜷缩在非常微观的尺度内，就像图1-7中所示的圆柱形。如果你沿着这6个隐藏维度中的任意一个维度前进一段极其微小的距离，你会发现你又回到了出发点。根据推测，所有的9个维度一开始都是蜷缩起来的，但是在我们这部分空间内，暴胀将其中3个维度从蜷缩状态伸展开，并拉伸到极其大的尺度，而剩下的6个维度依然蜷缩在微不足道的尺度内，不为人所见。在第二层多重宇宙中的其他地方，暴胀展开的空间维度可能不尽相同，从而创造出从零维到九维的众多世界。

数学家们已经确定了许多种能使多余维度蜷缩起来并充满能量的不同方式（比如，广义磁场能在隐藏维度内形成回路）。在弦理论中，这些方式就相当于我们前面所讨论过的可变旋钮。这些方式不仅对应着表观维度中不同的物理常数，还对应着不同的规则，规定可能存在哪些基本粒子，以及哪些有效方程可以描述它们。所以，很可能存在一些第二层平行宇宙，其中存在10种夸克，而不是像我们一样的6种。

简而言之，这意味着，虽然物理学（这里主要指弦理论）的基本方程在整个第二层多重宇宙中都是有效的，但位于不同第一层多重宇宙中的观察者却会发现，彼此的表观物理定律各不相同。换句话说，这些表观定律是“放诸四海而皆准”的，但这个“四海”仅指第一层多重宇宙，而不是指整个第二层多重宇宙。这些表观定律的有效性只到第一层多重宇宙，无法“皆准”到第二层多重宇宙。然而，基本方程的效力却可以覆盖第二层多重宇宙，它们会巍然不动、保持不变，直到我们踏上第四层多重宇宙的疆域（见第11章）……

种子已经埋下，所有故事必然自行徐徐展开

本章中，我们已经探讨了许多听起来十分疯狂的想法，那么现在让我们来做个小结，往回一步，看看全局吧！我把暴胀看作一个永不停息的过程，不管是暴胀本身，还是暴胀理论对宇宙的解释，都生生不息、永不停止。正如细胞分裂并不会在形成一个婴儿之后就停止一样，暴胀也不会仅形成一个宇宙就偃旗息鼓，而是会生成数量庞大的平行宇宙，可能穷尽所有物理常数的所有可能值。这还可以解释另外一个谜，那就是，我们的宇宙仿佛为生命的出现而进行了精细的微调。尽管绝大多数平行宇宙都是一片荒芜和死寂，没有生命存在，但依然有一些宇宙的条件正好适合孕育生命，那么，如果我们发现自己正处在这样宜居的宇宙中，就无须惊讶了。

我的同事埃迪·法里（Eddie Farhi）喜欢把阿兰·古斯称为“赋能者”（The Enabler），因为他提出的永恒暴胀让所有可能发生的事都必然会发生，暴胀为它们的发生创造了空间，并埋下初始条件的种子，让所有故事自行徐徐展开。

如果你对第二层多重宇宙感到不自在，那你可以用“空间”一词来替代它，你只需要记住，我们的第一层和第二层平行宇宙只是无限空间中相距遥远的区域。只不过，这种空间的结构比欧几里得认为的要复杂得多——它正在膨胀，因此我们只能看到其中的一小部分。我们把这一小部分称为“我们的宇宙”，而在更遥远的地方，空间的性质变化多端，远不止我们用望远镜所看到的样子。第2章曾提到，宇宙是均匀的，并且无论从哪个方向看过去都几乎完全一样。这个概念只是一个小插曲，仅对中间的尺度有效，而在更小的尺度上，万有引力让事物聚集在一起，变得妙趣横生；在更大的尺度上，暴胀让事物变得花样繁多，同样饶有趣味。

如果你依然无法对平行宇宙的理念感到安心，这里向你推荐另一个可能有用的方法来思考它。这是阿兰·古斯在MIT的一场演讲上提到的方法，但它却与暴胀无关。每当我们在自然界发现一个物体，科学的做法就是去寻找那个创造它的机制。比如，汽车是由汽车厂制造出来的，兔子是由兔子爸爸和兔子妈妈生出来的，太阳系是由一团巨大的分子云在万有引力的作用下坍缩而成的。所以，我们很自然地就会想到，我们的宇宙也是由某种专门孕育宇宙的机制所创造出来的。这种机制有可能是暴胀，也可能是其他什么完全不同的东西。现在，事情是这样的：所有这些机制对它们的造物都会创造出无数个版本；假设宇宙中只包含一辆车、一只兔子和一个恒星系，看起来会很假，一点儿也不自然。同样，尽管有些争议，但一个适当的宇宙创生机制（不管它到底是什么）应该会创造出许多个宇宙，而不仅仅是我们栖身的这一个。这样，看起来才更自然一些。

如果那个引发了暴胀、最终创造出第二层多重宇宙的机制（不管它是什么）也遵循这个原理，我们就能总结说：它可能创造出了许多彼此分离的第二层多重宇宙，而这些宇宙之间完全没有连通。然而，这个想法似乎无法进行检验，因为它既没有增加性质不同的宇宙，也没有改变它们性质的概率分布——因为，第一层多重宇宙的所有可能性都已在每个第二层多重宇宙中变成了现实。

除了暴胀，还可能存在另一种宇宙创生机制。这个想法最初是由理查德·托尔曼（Richard Tolman）和约翰·惠勒（John Wheeler）提出的，由保罗·斯坦哈特和尼尔·图罗克（Neil Turok）进行了详细的阐述。他们认为，我们宇宙的历史是循环往复的，经历着一系列永无止境的大爆炸。如果这种理论成立的话，这些变身过程的效果加总起来，同样也会生成一个多重宇宙，可能也拥有和第二层多重宇宙一样的多样性。

还有一个宇宙创生机制是由物理学家李·斯莫林（Lee Smolin） 提出来的。他认为，新的宇宙会萌芽于黑洞中，而非暴胀中。他的理论也会产生第二层多重宇宙，其自然选择会更加青睐那些拥有最多黑洞的宇宙。我的好友安德鲁·汉密尔顿就可能发现了这样一种宇宙创生机制。他研究了黑洞刚形成不久后的内部不稳定性，发现那里暴风骤雨，相当猛烈，足够触发一场能生成第一层多重宇宙的暴胀——这个宇宙完全包含在那个初始黑洞内部，但其内部的居民却可能完全不知情，甚至根本不关心这个事实。

而在被称为“膜宇宙”的情境中，可能存在另一种三维的宇宙，它在更高的维度上与我们的宇宙相隔不远，名副其实地“相互平行”。然而，我并不认为这个宇宙（膜）担得起“平行宇宙”这个名头，因为它与我们的宇宙之间可能发生万有引力的相互作用，就像我们与暗物质之间的相互作用一样。

至今，平行宇宙依然面临着诸多争议。不过，过去10年里，平行宇宙已经从科学家们不堪提及的疯狂边缘状态，发展到现在能在物理学会议和同行评议的论文上公开讨论，可见科学界已经发生了显著的变化。我认为，精密宇宙学和暴胀在这个转变中扮演了重要的角色，因为其他理论都无法解释暗能量的微调性。即使是我那些并不喜欢多重宇宙这个理念的同行们，也不得不承认它所根植的理论是有理有据的。他们对平行宇宙的批评已从“这种想法毫无道理，我讨厌它”转变为“我讨厌它”。

在我看来，科学家的职责并不是为了遵从人类的偏见而去解释宇宙的原理，而应该抱着开放的心态去探索宇宙究竟是如何运转的。

人类有一种狂妄的倾向，总是自大地认为自己是宇宙的中心，所有事物都应围着我们旋转。这样的例子从古至今，史不绝书。慢慢地，人类逐渐意识到，是我们在围着太阳旋转，而太阳与其他数不胜数的恒星一道，绕着一个星系中心旋转。感谢物理学的不断前行与突破，让我们得以愈发深刻地一窥实在的本质。在这本书里，我们刚刚探索了两层多重宇宙，还有两层多重宇宙在前方等着我们。下一章，我们将开始探索第三层多重宇宙。这是一场无须付费的探险，你唯一需要付出的东西就是你的谦逊——这对我们是有好处的，但作为回报，你会收获更多。你可能会发现，我们所栖身的这个现实世界，比古人最狂野不羁的梦想都还要宏伟与庞大。

[14] 这是一个极其保守的估计，只是简单加总了不比10 ⁸ ℃更热时，宇宙（视界体积）中量子态的可能性。尽管实际的计算还需要更多量子力学的细节，但10 ¹¹⁸ 这个数字大致描述了在此温度下，泡利不相容原理所允许塞进宇宙的质子数量（我们自己的宇宙中仅包含10 ⁸⁰ 个质子）。如果这10 ¹¹⁸ 个质子“插槽”拥有被占据和不被占据两种状态，那可能存在的组织方式数量将上升到2 ^{10 118} ～10 ^{10 118} 。

[16] 如果你喜欢研究数字，请注意，10 ^{10 118} 个宇宙直径≈10 ^{10 118} ×10 ²⁷ 米≈10 ^{10 118+27} 米≈10 ^{10 118} 米。如果你想向每个方向去寻找你最近的那个分身，那你需要探索一个以我们为中心的球形区域，其中包含着10 ^{10 118} 个宇宙，所以这个区域的直径比我们的宇宙大多了，倍数为（10 ^{10 118} ） ^1/3 ≈10 ^{10 118/3} ≈10 ^{10 117.53} ≈10 ^{10 118} 。

◆平行宇宙不是一个理论，而是某些特定理论的预测。

◆永恒暴胀预测到，我们的宇宙（是指一个球形的区域，从球面上发出的光线经过大爆炸后140亿年的时间，正好可以到达我们）只是第一层多重宇宙中，无数个宇宙中的其中一个。在第一层多重宇宙中，所有可能发生的事情，都能在某个地方真实发生。

◆为了证明一个理论是科学的，我们并不需要去观测和验证它的所有预测，只需要检验至少一个就可以了。暴胀是宇宙起源的主流理论，因为它通过了观测数据的检验。而平行宇宙似乎是暴胀“大礼包”中不可或缺的一个部分。

◆暴胀让可能变成了现实：如果描述均匀空间的数学方程有多个解，永恒暴胀就会创造出无数多个空间区域，将这些解逐个变成现实。这就是第二层多重宇宙。

◆许多在第一层多重宇宙中保持不变的物理定律和常数，在第二层多重宇宙中都可能发生变化。所以，处在不同的第一层平行宇宙中的学生在物理课上学到的知识是相同的，历史课的内容却不尽相同；而处在不同第二层平行宇宙中的学生在物理课上学到的知识都有着天壤之别。

◆这可以解释为何我们宇宙的许多常数都仿佛经过了精细微调。它们实在太精细了，因此只要改变一点点，我们所知的生命形态就不可能出现。

◆这将赋予物理学的许多测量数据以新的内涵。这些数字不能告诉我们物理实在的本质，只能描述我们所在的这个位置，就像我们在宇宙中的邮政编码。

◆尽管平行宇宙假说饱受争议，但主流科学家对它的批评已经从“这种想法毫无道理，并且我讨厌它”转变为“我讨厌它”。 K+g9iIkSyHd5FXzJjNxfG6lGjXZn6GuCNR1iP7F1Pw1tlYXEQDrT486mnPJzhnov