世界之大無奇不有

平行世界[又稱平行宇宙（Multiverse、Parallel universes），或者稱多重宇宙論]

指的是一種在物理學裡尚未被證實的理論，根據這種理論，在我們的宇宙之外，很可能還存在著其他的宇宙，而這些宇宙是宇宙的可能狀態的一種反應，這些宇宙可能其基本物理常數和我們所認知的宇宙相同，也可能不同。平行宇宙這個名詞是由美國哲學家與心理學家威廉·詹姆士在1895年所發明的。

平行宇宙層次

對“宇宙”的如此定義，人們也許會認為這只是種形而上學的方式罷了。然則物理學和形而上學的區別在於該理論是否能透過實驗來測試，而不是它看起來是否怪異或者包含難以察覺的東西。多年來，物理學前沿不斷擴張，吸收融合了許多抽象的（甚至一度是形而上學的）概念，比如球形的地球、看不見的電磁場、時間在高速下流動減慢、量子重疊、空間彎曲、黑洞等等。近幾年來“多重宇宙”的概念也加入了上面的名單，與先前一些經過檢驗的理論，如相對論和量子力學配合起來，並且至少達到了一個經驗主義科學理論的基本標準：作出預言。當然作出的論斷也可能是錯誤的。科學家們迄今討論過多達4種類型獨立的平行宇宙。現在關鍵的已不是多重宇宙是否存在的問題了，而是它們到底有多少個層次。

編輯本段第一層次：視界之外

所有的平行宇宙組成第一層多重宇宙。－－這是爭論最少的一層。所有人都接受這樣一個事實：雖然我們此時此刻看不見另一個自己，但換一個地方或者簡單地在原地等上足夠長的時間以後就能觀察到了。就像觀察海平面以外駛來的船隻－－觀察視界之外物體的情形與此類似。隨著光的飛行，可觀察的宇宙半徑每年都擴大半光年，因此只需要坐在那裡等著瞧。當然，你多半等不到另一個宇宙的另一個你發出的光線傳到這裡那天，但從理論上講，如果宇宙擴張的理論站得住腳的話，你的後代就有可能用超級望遠鏡看到它們。

怎麼樣，第一層多重宇宙的概念聽起來平平無奇？空間不都是無限的麼？誰能想象某處插著塊牌子，上書“空間到此結束，當心下面的溝”？如果是這樣，每個人都會本能的置疑：盡頭的“外面”是什麼？實際上，愛因斯坦的重力場理論偏偏把我們的直覺變成了問題。空間有可能不是無限，只要它具有某種程度的彎曲或者並非我們直覺中的拓撲結構（即具有相互聯絡的結構）。

一個球形、炸面圈形或者圓號形的宇宙都可能大小有限，卻無邊界。對宇宙微波背景輻射的觀測可以用來測定這些假設。【見另一篇文章《宇宙是有限的嗎？》by Jean-Pierre Luminet, Glenn D. Starkman and Jeffrey R. Weeks； Scientific American, April 1999】然而，迄今為止的觀察結果似乎背逆了它們。無盡宇宙的模型才和觀測資料符合，外帶強烈的限制條件。

另一種可能是：空間本身無限，但所有物質被限制在我們周圍一個有限區域內－－曾經流行的“島狀宇宙”模型。該模型不同之處在於，在大尺度下物質分佈會呈現分形圖案，而且會不斷耗散殆盡。這種情形下，第一層多重宇宙裡的幾乎每個宇宙最終都將變得空空如也，陷入死寂。但是近期關於三維銀河分佈與微波背景的觀測指出物質的組織方式在大尺度上呈現出某種模糊的均勻，在大於10^24米的尺度上便觀測不到清晰的細節了。假定這種模式延伸下去，我們可觀測宇宙以外的空間也將充滿行星、恆星和星系。

有資料支援空間延伸於可觀測宇宙之外的理論。WMAP衛星最近測量了微波背景輻射的波動(左圖)。最強烈的振幅超過了0.5開，暗示著空間非常之大，甚至可能無窮(中圖)。另外，WMAP和2dF星系紅移探測器發現在非常大的尺度下，空間均勻分佈著物質

生活在第一層多重宇宙不同平行宇宙中的觀察者們將察覺到與我們相同的物理定律，但初始條件有所不同。根據當前理論，大爆炸早期的一瞬間物質按一定的隨機度被丟擲，此過程包含了物質分佈的一切可能性，每種可能性都不為0。宇宙學家們假定我們所在的當初有著近似均勻物質分佈和初始波動狀態（100，000可能性中的一種）的宇宙，是一個相當典型的（至少在所有產生了觀察者的平行宇宙中很典型）個體。那麼距你最近的和你一模一樣那個人將遠在10^(10^28)米之外；而在10^(10^92)米外才會有一個半徑100光年的區域，它裡面的一切與我們居住的空間絲毫不差，也就是說未來100年內我們世界所發生的每件事都會在該區域完全再現；而至少10^(10^118)米之外該區域才會增大到哈勃體積那麼大，換句話說才會有一個和我們一模一樣的宇宙。

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。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子？答案是10^118個。每個質子可能存在，也可能不存在，也就是總共2^(10^118)個可能的狀態。現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－－根據抽屜原理，質子的排列方式必然會重複。當然，宇宙不只有質子，也不止兩種量子狀態，但可用與此類似的方法估算出宇宙所能容納的資訊總量。

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”沒準並不象理論計算的那麼遠，也許要近得多。因為物質的組織方式還要受其他物理規律制約。給定一些諸如行星的形成過程、化學方程式等規律，天文學家們懷疑僅在我們的哈勃體積內就存在至少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代宇宙學的理論，雖然該過程很少被清晰地表達。舉例來說，考察我們的宇宙學家如何透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“熱區域”和“冷區域”在宇宙微波背景圖上的大小會呈現某種特徵；而觀測到的區域表明曲率太小不足以形成球形的封閉空間。然而，保持統計學上的嚴格是非常重要的事。每個哈勃空間的這些區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－－並非空間曲率不足以形成封閉球形使得觀測到的區域偏小，而恰巧因為我們宇宙的平均區域天生就比別的來的小。所以當宇宙學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。關鍵在於預言第一層多重宇宙中各個平行宇宙的共性並指出其機率分佈－－也就是數學家所謂的“度量”。我們的宇宙應當是那些“出現可能性最大的宇宙”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－－那麼先前假設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有挑戰性。

編輯本段第二層次：膨脹後留下的氣泡

如果第一層多重宇宙的概念不太好消化，那麼試著想象下一個擁有無窮組第一層多重宇宙的結構：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。這些組構成了第二層多重宇宙－－被稱為“無序的持續膨脹”的現代理論預言了它們。

“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絡緊密。比如我們的宇宙為何如此之大而又如此的規整，光滑和平坦？答案是“空間經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》 by Alan H. Guth and Paul J. Steinhard； Scientific American, May 1984； 《自我繁殖的膨脹宇宙》 by Andrei Linde, November 1994 】“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”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並將永遠持續下去。然而某些特定區域卻停止拉伸，由此產生了獨立的“氣泡”，好像膨脹的烤麵包內部的氣泡一樣。這種氣泡有無數個。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。

對地球來說，另一個氣泡在無限遙遠之外，遠到即使你以光速前進也永遠無法到達。因為地球和“另一個氣泡”之間的那片空間拉伸的速度遠比你行進的速度快。如果另一個氣泡中存在另一個你，即便你的後代也永遠別想觀察到他。基於同樣的原因，即空間在加速擴張，觀察結果令人沮喪的指出：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。當今物理學主流觀點認為諸如時空的維度、基本粒子的特性還有許許多多所謂的物理常量並非基本物理規律的一部分，而僅是一種被稱作“對稱性破壞”過程的結果而已。舉例言之，理論物理學家認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，形成我們現在觀察到的三維宇宙。其餘6個維度現在觀察不到了，因為它們被捲曲在非常微小的尺度中，而且所有的物質都分佈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，對此我們並不特別意外。當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，宇宙不可能預測(紫色和綠色部分)。其餘情況下(雙曲線方程)，若n>3，原子無法穩定存在，n<3，複雜度太低以至於無法產生自我意識的觀測者(沒有引力，拓撲結構也成問題)。

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致不同的氣泡在膨脹過程中以不同的方式破壞平衡。而結果將會千奇百怪。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可能比我們的宇宙大。

產生第二層多重宇宙的另一條路是經歷宇宙從創生到毀滅的完整週期。科學史上，該理論由一位叫Richard C的物理學家於二十世紀30年代提出，最近普林斯頓大學的Paul J. Steinhardt和劍橋大學的Neil Turok兩位科學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接近，只是在更高維度上有一些平移。【see ‘Been There, Done That,‘ by George Musser； News Scan, Scientific American, March 2002】該平行宇宙並非真正意義上的獨立宇宙，但宇宙作為一個整體－－過去、現在和未來－－卻形成了多重宇宙，並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，沃特盧的物理學家Lee Smolin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，該理論中宇宙透過黑洞創生和變異而非透過膜物理學。

儘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：設想你走進一座旅館，發現了一個房間門牌號碼是1967，正是你出生那年。多麼巧合呀，在那瞬間你驚歎到。不過你隨即反應過來，這完全不算什麼巧合。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係的數字，便不會引發上面的思考。這說明什麼問題呢？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象。

讓我們舉個更切題的例子：考察太陽的質量。太陽的質量決定它的光度（即輻射的總量）。透過基本物理運算我們可知只有當太陽的質量在1.6X10^30～2.4X10^30千克這麼個狹窄範圍內，地球才可能適合生命居住。否則地球將比金星還熱，或者比火星還冷。而太陽的質量正好是2.0X10^30千克。乍看之下，太陽質量是種驚人的幸運與巧合。絕大多數恆星的質量隨機分佈於10^29～10^32千克的巨大範圍內，因此若太陽出生時也隨機決定質量的話，落在合適範圍的機會將微乎其微。然而有了旅館的經驗，我們便明白這種表面的偶然實為大系統中（在這個例子裡是許多太陽系）的必然選擇結果（因為我們在這裡，所以太陽的質量不得不如此）。這種與觀測者密切相關的選擇稱為“人擇原理”。雖然可想而知它引發過多麼大的爭論，物理學家們還是廣泛接收了這一事實：驗證基礎理論的時候無法忽略這種選擇效應。

適用於旅館房間的原理同樣適用於平行宇宙。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於其中。如果質子的質量增加0.2%，它們立即衰變成中子，原子也就無法穩定的存在。如果電磁力減小4%，便不會有氫，也就不會有恆星。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“宇宙到底被調節得多好”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節狀態的平行宇宙。【see ‘Exploring Our Universe and Others,‘ by Martin Rees； Scientific American, December 1999】第二層多重宇宙預示著物理學家們不可能測定那些常數的理論值。他們只能計算出期望值的機率分佈，在選擇效應納入考慮之後。

編輯本段第三層次：量子平行世界

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

量子平行宇宙。當你擲骰子，它看起會隨機得到一個特定的結果。然而量子力學指出，那一瞬間你實際上擲出了每一個狀態，骰子在不同的宇宙中停在不同的點數。其中一個宇宙裡，你擲出了1，另一個宇宙裡你擲出了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世紀早些年，量子力學理論在解釋原子層面現象方面的成功掀起了物理學革命。在原子領域下，物質運動不再遵守經典的牛頓力學規律。在量子理論解釋它們取得矚目成功的同時卻引發了爆炸性激烈的爭論。它到底意味著什麼？量子理論指出宇宙並不像經典理論描述的那樣，決定宇宙狀態的是所有粒子的位置和速度，而是一種叫作波函式的數學物件。根據薛定鄂方程，該狀態按照數學家稱之為“統一性”的方式隨時間演化，意味著波函式在一個被稱為“希爾伯特空間”的無窮維度空間中演化。儘管多數時候量子力學被描述成隨機和不確定，波函式本身的演化方式卻是完全確定，沒有絲毫隨機性可言的。

平行世界這個理論最早是由量子理論引出的。20世紀早期，量子力學革新了整個物理學界。在量子理論中，對於宇宙的描述是用一種叫做“波函式”的數學方式來描述的。根據薛定諤方程的描述，你可以同時出現在兩個地方，而這在波函式中卻是完全合理的。這就引發了與經典物理學狀態的一場世紀風波。無疑，起初這讓很多人都很崩潰。

最著名的例子就是薛定諤的貓。這是一個理想實驗：如果放射線原子發生衰敗，那個傳說中的裝置就會殺死一隻貓。因為放射線原子最終進入衰敗和不衰變的疊加態，一隻既死又活的貓就產生了。為了擺脫這種不可思議，物理學界後來又出現了新的理論，既觀測會使波函式立即“塌縮”成確定的經典物理狀態。但是當時的愛因斯坦對此並不認同，因為他認為“上帝不擲骰子”。1957年，普林斯頓的學生休·埃弗雷特（Hugh Everett）在他的物理學博士論文裡提出，這個有爭議的塌縮假設完全是多餘的。那麼，一個經典物理狀態就會有許多個疊加狀態。而他似乎在說這種疊加狀態是合理的。

那麼有人疑惑，如果這個世界真的包含了這種詭異的宏觀疊加，為什麼我們沒有察覺到？其實這個問題在近些年有了一些眉目，最著名的就是關於“曼德拉效應”的討論。曼德拉效應是指許多人的記憶不相符，不僅僅是個體記憶錯誤，而是集體記憶錯誤。例如對於曼德拉的死亡，很多人記得他是九十年代去世的，而現實是他2013年去世。這在世界範圍也引起了一場風波。就連當時的小布什聽到曼德拉死訊的時候，也發愣咕噥了一句“他不是已經死了麼？” 所以在一些人的記憶當中，他們出現了一種平行時空穿越的感覺。

有人提出了“鳥的視角”與“青蛙視角”這種概念。是說什麼呢？鳥在天上俯視，它看到的是一個用波函式能夠描述，並且隨著時間平滑確定演化的世界。它只看到從一個點跑出來無數的青蛙。而青蛙視角就不同了，青蛙每行動一次就會分裂出不同的青蛙，但是每個青蛙都只能感知自己全部真相的一小塊碎片，所以每隻青蛙都只能看到自己所在的那個平行世界。從鳥的視角可以看到由一個點分叉出的多重未來，而從青蛙視角，每個青蛙都不知道自己的副本的存在。

那麼從鳥的視角，用波函式就能描述，而且是合理的，同時可以存在許多的青蛙。

但在青蛙視角，每個觀察者都只能感知到一條故事線的全部經典物理狀態。

而曼德拉效應是什麼，是不同故事線的青蛙因為某種原因發生了錯位，造成發生錯位的青蛙發現世界的經典物理狀態與之前不符。

在曼德拉效應中，每個青蛙的故事線都不盡相同。有人記得曼德拉很早去世，有人記得曼德拉很晚去世，這種差異化引發了認知上的割裂。而這種割裂無法用距離來形容，兩種記憶是無法調和的鴻溝。因此平行世界的人相隔的是一個世界，彼此進入對方的世界，都會有一種精神錯亂的感覺。

那麼不同的平行世界中的你，是否能互相干擾呢？

在閃電俠這部影片中，做了這樣一個科學幻想。閃電俠小時候母親被殺，這種悲痛的記憶一直讓閃電俠很痛苦，於是他決定利用自己的速度回到過去，改變母親被殺的歷史。並且他真的做到了。但是一個負面的結果就來了，當他改變了歷史之後，他就再不能回到原先的世界中去了，他在改變歷史的那一剎那，作者給出一個概念，閃電俠創造了一個閃點，閃點就像樹枝中的一個分叉，從而創造出了一個新的宇宙歷史，這個平行世界是由於閃電俠的所為而誕生的。但可怕的一件事情是，由於他這麼做之後，可能原先的宇宙被他抹殺了，其中的歷史人物全部消失，那個宇宙可能也崩塌不復存在了。

所以喜愛科幻的一些愛好者也寫過這樣的小說：宇宙時間總署是禁止時空穿越者干涉改變歷史的，原因就是這有可能會造成其原宇宙的毀滅，其中的生靈也會就此消失。這在宇宙時間總署那裡屬於重罪。因此任何有此行為的人或者組織，都會被逮捕和審判。這種小說可能源自於2012年未來人的傳說，當時在2012吧中就有自稱未來人的一個人，自稱從未來回到2012警告當時的人們，這個未來人說2012發生了大災難，不久之後人類幾乎毀滅，他回來就是為了改變歷史，但是他同時也說，他其實只能創造出一個新的平行世界，他原本的世界已經無法改變了，而且他也回不去了。這個故事可能有人有所耳聞，後來就被科幻小說愛好者作為題材，寫了不少的網路小說。

在鳥與青蛙的世界觀模型中：主觀感覺上的青蛙視角是真實的物理，而鳥的視角只不過是一種數學語言，是一種抽象的數學世界。但也許鳥的視角（數學結構）才是真正的“真實”，而青蛙視角都只是我們主觀感覺對於世界的描述，而我們的主觀感覺具有侷限性。

或者可以這樣說，不同的平行世界裡，我們相隔的只是數學結構，因為物理世界其實都是基於數學，數學在描述物理世界中很多都超出了我們的感知，但宇宙本身卻是數學結構的自然結果。我們必須認識到這一點，物理實體與數學實體是不同的，前者我們能夠感知，而後者我們只能透過抽象感知。而數學本身就是一種抽象概念，我們當今的科技其實都是使用了抽象來模擬物理現實。有點混亂嗎？哈哈，這其實在說抽象是另一種真實。

平行宇宙中的我我不知道他在幹什麼，因為我們被無形的屏障“數學結構”給隔開了。