对“多重宇宙”学说的辩护

我们所在的地球位于一个星系内,这个星系位于一个宇宙内,这个宇宙位于一个充满了分身的第一层多重宇宙中,而这个第一层多重宇宙又位于一个更加多样化的第二层多重宇宙中,这个第二层多重宇宙又位于一个量子力学的第三层多重宇宙中,而这个第三层多重宇宙又位于一个数学结构的第四层多重宇宙中。

第一层平行宇宙,简单地说就是遥远的区域,光线没有足够的时间来赶上我们;第二层平行宇宙覆盖的区域,由于我们与它们之间的空间发生了宇宙学暴胀而永远遥不可及;第三层平行宇宙,也就是休·埃弗雷特所说的“多世界”,讨论的是量子力学的希尔伯特空间内无法交流的各部分。不管是第一、第二还是第三层平行宇宙,都遵循着相同的基本数学公式(也许是一个标准的“万物方程式”,描述了量子力学、暴胀等),第四层平行宇宙则像穿梭于不同调式中的翩翩舞者,涉入了不同的另一些“标准方程式”,对应着不同的数学结构。

从个人的角度来看,我认为这个实在非常美丽,美得让人窒息,并且宏伟壮丽、启发人心。但是,它是真实的吗?有没有可能这幅图景只是在误导我们,那些壮丽只是海市蜃楼?你真的生活在一个多重宇宙中吗?有没有可能,整个问题都很愚蠢,存在于科学的范围之外?多重宇宙曾遭到权威的一贯漠视:1600年,布鲁诺因坚持空间无限的多重宇宙而被烧死在火刑柱上;1957年,休·埃弗雷特和他的量子多重宇宙被物理领域的就业市场“烧毁”。但是最近几年,事情发生了极大的变化。平行宇宙变得流行起来,出现在书籍、电影甚至笑话里:“你在许多平行宇宙里都通过了考试,但这个没有。”

这种思想的流行并没有让科学家达成共识,但是我认为,它让多重宇宙的争论变得更加微妙和有趣,因为科学家们不再互相大喊大叫,而是真诚地去尝试理解与自己相左的观点。最近《科学美国人》上发表的一篇反多重宇宙的文章就是一个绝好的例子。让我们用“我们的宇宙”来表示大爆炸后140亿年来发出的光线能够到达我们的球形区域。当说到平行宇宙时,我们用四个层次来进行区分:第一层为空间中其他类似的区域,只不过距离我们非常遥远,那里的物理定律与我们相同,但宇宙的历史不尽相同,因为它们的初始状态不同;第二层为空间中的其他区域,在那里,表面的物理定律与我们不同;第三层为量子实在发挥作用的希尔伯特空间中的其他平行世界;第四层是完全分离的实在,由不同的数学方程支配。在埃利斯的批评中,他将支持该层级划分的论证进行了分类,并论述说它们都有问题。我将他反对多重宇宙的论证总结为以下几点:

对“多重宇宙”学说的辩护

暴胀可能是错误的(或者不是永恒的)。

量子力学可能是错误的(或者不是幺正的)。

弦理论可能是错误的(或者缺少多重解)。

多重宇宙理论可能是不可证伪的。

某些宣称为多重宇宙的证据是可疑的。

微调性的论证可能假设了太多前提。

这是一个滑坡谬误,将滑向更大的多重宇宙。

对此,我们能有什么反驳呢?

让我们先从前4个开始。暴胀会自然而然地产生第一层多重宇宙;如果你再加上弦理论及其可能解的图景,你就得到了第二层多重宇宙。量子力学用它数学上最简单,并且永不坍缩(“幺正”)的形式带给我们第三层多重宇宙。所以,如果这些理论都被排除掉了,那么多重宇宙的关键证据也就崩塌了。请记住:平行宇宙并不是一个理论,它们是某些理论的预测。

我认为有一点很重要:如果一个理论是科学的,那么研究和讨论它的所有结果都是合理的,即使它们涉及不可观测的实体。一个理论要具备可证伪性,并不需要我们能够观测和检验它的所有预测,只需要检验其中至少一个就可以了。因此,针对上面第4条论证,我的回答是,我们的数学理论是科学上可检验的,但它们的推论并无必要满足可检验的要求,即使不可检验也是完全可以的。比如:由于爱因斯坦的广义相对论成功预言了许多可观测的事情,所以我们同样相信它对那些不可观测的事物作出的预测,例如,黑洞内部发生的事。同样,如果目前暴胀或量子力学作出了令人印象深刻的正确预测,那我们也应当以同样的态度对待它们的其他预测,包括第一层和第三层多重宇宙。埃利斯甚至还提到,永恒暴胀理论有一天也可能被排除掉;而我认为,这正好证明了永恒暴胀是一个科学的理论。

目前,弦理论还未发展到暴胀理论和量子力学那样完善的阶段,也尚未成为一个可检验的科学理论。然而我怀疑,即使弦理论最后没有成功,我们也无法摆脱第二层多重宇宙。数学方程拥有多个解是很常见的事情。只要描述实在的基本方程拥有多个解,那么,永恒暴胀创造出的巨大空间区域就会将这些解逐一实现。比如,支配水分子的方程与弦理论毫无关系,它能得出三个不同的解,分别对应着气态、液态和固态冰。同样,如果空间自身存在不同的相,那么暴胀就会将它们一一实现。

埃利斯列出了一些可疑的观测数据,它们都号称支持多重宇宙理论,比如其中一些证据声称自己可以证明自然界中某些常数并不总是永恒不变,还有一些来自宇宙微波背景辐射的证据,据称可以证明宇宙碰撞——与其他宇宙或者奇异地连接着的空间的碰撞。我完全同意他对这些证据的怀疑。然而,在这些例子中,值得争议的部分是对数据的分析,就像1989年的冷核聚变骗局一样。我认为,科学家测量并争论数据细节这个事实,进一步证明了这属于科学的范畴,这正是科学争论与非科学争论的分别。

微调性指的是我们的宇宙似乎为生命的出现而进行了惊人的微调,因为如果你改变我们自然界的常数,哪怕只改变一点点,我们所知的生命形式就不可能存在。这是为什么?如果存在第二层多重宇宙,其中的“常数”可取任何可能的值,那么我们身处一个罕见宜居的宇宙就不是一件惊人的事情了,正如我们生于地球而非水星或海王星这一事实并不惊人一样。埃利斯之所以反对这一点,是因为他认为要得出这个结论,并不需要假设出一个多重宇宙理论作为前提,但这却是我们检验任何科学理论的方式:我们假设它是真的,算出结果,如果预测与观测不相符合,就抛弃这个理论。某些微调性看起来已经足够符合了,比如,为了生成一个宜居的星系,暗能量需要微调的位数多达123位。在我看来,这样无法解释的巧合可能表明科学的理解中尚存鸿沟。如果有人轻视这样的巧合,并说“我们只是很幸运,别再寻找解释了”,这不仅无法让人满意,还可能忽视非常关键的线索。

埃利斯论证说,如果我们真的相信所有可能发生的事情都会发生,那我们就像是踏上了一个滑溜的斜坡,下方是更大的多重宇宙,例如第四层多重宇宙。第四层多重宇宙是我最喜欢的一层,所以,作为这个层级少有的忠实支持者之一,我会非常开心地坐上这个滑坡,一路滑下去!埃利斯还提到,多重宇宙可能违背了奥卡姆剃刀原理,因为引入了太多不必要的复杂性。作为一个理论物理学家,我对一个理论的优雅性与简单性进行评价时,看的并不是这个理论本身,而是看它的数学方程——令我叹为观止的是,数学上最简单的理论总是倾向于生成多重宇宙。经证明,想要写下一个只会生成我们所见之宇宙而其他什么也没有的理论是相当困难的。

最后,还有一个反多重宇宙的观点,我建议埃利斯要尽量避免,但我认为这是大多数人的普遍看法,即平行宇宙看起来太古怪了,不可能是真的。然而,正如我们在引言中探讨过的那样,这正是我们应当预计到的情况——进化将直觉赋予了我们,但这种直觉只能注意到对我们的远古祖先们具有生存价值的日常事务,于是,每次我们用科技来窥伺人类尺度以外的实在范畴时,都会让进化而来的直觉崩溃。这样的情况,在我们眼前发生了一遍又一遍,包括反直觉的相对论、量子力学等。因此,我们也应当预计到,物理学的终极理论(不管它最终是什么)都应该让人感到怪诞离奇。

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投稿时间:2022-02-09  最后更新:2022-05-22

标签:宇宙   量子力学   学说   方程   证据   事情   区域   理论   数学   科学   空间

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