重点提要
■平行宇宙的想法是在1990年代，从科幻小说跃入科学期刊。许多科学家宣称，在我们可见的视界之外，存在着不可胜数的其他宇宙，且各自拥有独特的物理定律。这些宇宙统称为多重宇宙。
■麻烦的是，天文观测不可能看见这些宇宙，那些论证也顶多是间接推测。即使多重宇宙真的存在，它也是深邃而不可解的谜团。

过去10年，宇宙学家一直关注着这项不寻常的宣告：我们周遭可见的膨胀宇宙并非唯一的，另有亿万个宇宙同时存在。宇宙不只有一个，因此应该称之为多重宇宙。事实上，不论是在《科学人》的多篇文章，或是格林恩（Brian Greene）最近出版的新书《隐藏的真实》中，都有重要的科学家提及所谓的「超哥白尼」（ super-Copernican）革命。在这种观点中，我们的行星只是众多行星之一，甚至在宇宙的尺度上，我们所居住的宇宙也是微不足道的──它只不过是众多宇宙之一，而且每个宇宙各不相同。
「多重宇宙」这个名词有几种不同意义。天文学家可观测到最远的天体距离约420亿光年，而这个范围就是我们可见宇宙的视界。当然，我们没有理由认为宇宙仅止于此，毕竟在此界限之外，依旧可能存在许多（甚至无限多）个和我们所见极为类似的区域。每个区域在一开始所拥有的物质分布都不同，但作用其中的物理定律则完全一致。今天，几乎所有宇宙学家（包括我）都接受铁马克（Max Tegmark）所说的「初阶版」多重宇宙。但有些人想得更多。他们认为，这世上还有许多拥有不同物理定律、不同历史、甚或不同空间维度等性质迥异的宇宙。虽然有些宇宙生趣盎然，但大多数宇宙则了无生机。维兰金（Alexander Vilenkin）是这类「进阶版」多重宇宙的主要倡议者，他构思出一幅极富戏剧性的景象：在无限多个宇宙里，拥有无限多个星系与行星，甚至有无限多个拥有与你相同名字的人正在阅读这篇文章。
许多古文明都曾有类似的说法。但不同的是，这项新说法断言多重宇宙是个科学理论，这意味着它在数学上是严谨正确、可用实验验证的。我对这项宣告抱持怀疑的态度，我并不认为其他宇宙的存在经过证实或终将得到证实。多重宇宙的倡议者不但扩充了我们对物理真实性的概念，同时也重新定义了「科学」的涵义。

视界之外
多重宇宙进阶版的支持者提出了各式各样的假说，来解释如此大量的宇宙如何形成、又位于何处。它们可能如古斯（Alan H. Guth）、林德（Andrei Linde）等人提出的混沌暴胀模型那样，座落在遥不可及的空间区域里；也可能像斯坦哈特（Paul J. Steinhardt ）与涂若克（Neil Turok）的循环宇宙所预言的，存在于不同时期的宇宙演化进程中。它们还可能如杜其（David Deutsch）所设想的，存在于与我们相同的空间里，却位在不同的量子波函数分支上；它们甚至可能像铁马克与希阿玛（Dennis Sciama）所构思的那样，完全不与我们的时空相连而没有确切位置。
其中，混沌暴胀是最让大众接受的理论，因此我将专注探讨这个学说；不过，我绝大多数的评论也适用于其他说法。混沌暴胀认为，整个空间都是无限膨胀的空腔，而量子效应会像小孩吹气球般不断制造新的宇宙。暴胀的观念得回溯到1980年代，现在科学家运用「弦论」这套最完善的自然理论来详述它。弦论容许每个宇宙泡彼此迥异。实际上，每个气泡里的生命不仅发轫于随机的物质分布，甚至连物质的种类也是任意的。我们宇宙中含有电子与夸克等粒子，并透过电磁力等作用力相互作用；其他宇宙则可能拥有型态大异其趣的粒子与作用力，也就是说，不同宇宙具备不同的物理定律。这整套得以存在的区域性物理定律就称为地景（landscape）。在某些弦论学派里，地景的数目庞大无比，造成极为惊人的宇宙多样性。许多谈论多重宇宙的物理学家，特别是那些倡议弦论地景的学者，其实并不在乎平行宇宙的本质，反对多重宇宙概念的意见根本不重要。他们理论的存亡取决于其自洽与否，且希望最终能由实验检测。他们为理论假设了一个多重宇宙的背景，却不理会这样的背景从何而来，但这是宇宙学家最在乎的事。对宇宙学家而言，所有多重宇宙学说的基本问题，都与宇宙可见的视界有关。由于讯号只能从宇宙开始的那刻以有限的光速朝我们而来，因此限制了我们能看见的最远距离。然而所有的平行宇宙都位于我们的视界之外，无论科技如何精进，我们都无法看见。事实上，由于距离太远，它们对我们宇宙并不会产生实质影响，这就是多重宇宙狂热者所宣称的效应，都无法直接证实的原因。
多重宇宙的倡议者告诉我们，我们可以从视界之内得到的数据，来预测比我们的宇宙视界还远上1000倍、10 100倍、10 1000000倍，甚至无限多倍的地方会发生的事情。这是一种极不寻常的外延推论。或许宇宙在非常大的尺度上是封闭的状态，那就没有所谓的无限远处；或许物质在宇宙中的分布范围是有限的，因此超出某个范畴后便只剩下无止境的空虚；又或许约束宇宙界限的奇异点就是时间与空间的尽头。由于我们永远不会拥有这些区域的资讯，我们根本无法得知那里发生了什么事情。

七项有疑问的论证
多重宇宙的倡议者大多是谨慎小心的科学家，他们非常明白这个问题，但依旧认为可以有根据地猜测那里的状况。他们的论证可分为七大类，但每一类都有一些问题。
空间是永无止境的。我们的宇宙视界之外还有空间，而许多区域就位于这些空间之中，这是大家都能同意的。假如这种狭义的多重宇宙确实存在，我们便可从已知之事推广至视界以外的未见区域，但区域越远，推论的不确定性就越高。不难想像，在我们不可见之处，可能会发生其他的物理等更复杂的变异。这种从已知推论到未知的问题在于，没人可以否定你。科学家如何确定他们对不可见时空区域的预言图像，是来自可见区域的合理推论？在其他宇宙中，物质分布的初始状态，或是基本物理常数的数值（例如那些决定核力强度的数值），是否可能不同？依据你的假设，你可得到任何想要的结果。
由已知的物理预测其他区域。现有的统一理论预测了纯量场的存在，它跟磁场很像，充斥整个空间。这种场应可驱动宇宙暴胀，并不断制造出新的宇宙。这些学说虽有坚实的理论基础，但那些场的本质仍属未知，也尚未证明它们存在，遑论测量它们的性质。更重要的是，物理学者仍未证实这些场的动力学特性会导致不同的物理定律，然后运作于不同的宇宙泡中。
预测有无限多宇宙存在的理论，通过了一项重要的观测测试。宇宙微波背景辐射（CMB）揭露了宇宙早期热膨胀时期结束时的样貌，暗示了我们的宇宙确实经历过暴胀。不过，并非所有种类的暴胀都能永续下去，甚至制造出无穷的宇宙泡。天文观测尚未确认我们所需的暴胀种类。斯坦哈特等宇宙学家甚至认为，无限暴胀造成的背景辐射样态将与我们所见的不同。林德等人则不认同这种想法。谁才是正确的呢？这完全取决于暴胀场假设的物理特性。
精准调节的基本常数，适合生命生存。我们宇宙有项惊人的事实：基本物理常数的数值容许生命等复杂结构存在。温伯格（Steven Weinberg）、芮斯（Martin Rees）与色斯金（Leonard Susskind）等人主张，只要奇特的多重宇宙存在，就能为此巧合提供简洁有力的解释：如果所有可能的数值都会发生于够多的宇宙里，就一定能找到适合生命的数值组合。特别的是，这项推理已被拿来解释造成宇宙加速膨胀的暗能量密度。我同意多重宇宙是对此密度的一项可能解释，也是目前唯一奠基于科学的选项。然而，我们还是不可能藉由观测来检验它，甚至大多数分析还假设，每个地方的基本物理方程式都相同，只是常数不同。但如果我们认真看待多重宇宙的理论，就不该有此设限。
基本常数符合多重宇宙的预测。这项论证改进了上一项论证，认为宇宙不会为了让生命生存而精确调节。支持者计算了各种暗能量密度出现的机率，密度越高，可能性越大，但该宇宙也越不利于生命存在。我们观测到的数值应刚好落在不适合生命的界线上，而情况似乎确实如此（见右方〈大小合适吗？〉）。这个论证的错误在于，如果没有可以应用机率概念的多重宇宙，这项机率论证就无效。也就是说，这项论证在进行之前便已设定了预期的结果；如果只有一个宇宙真实存在，此论证显然就不适用。机率可以检验多重宇宙的学说是否一致，却无法证明它存在。
弦论预测了宇宙的多样性。弦论原本是用来解释万物的理论，现在却成了凡事皆可能发生的理论。目前的弦论预测我们宇宙的许多基本性质，都只是单纯的偶发事件。因为如果宇宙是独一无二的，这些基本性质似乎就很难理解了。例如，我们所拥有的物理，竟能刚好具备这些极度受限的性质，让生命得以存在，这要怎么解释？但假如宇宙并非唯一的，就很好理解了。这些物理特性并非经过精挑细选，只不过恰好发生在我们这个宇宙里。倘若我们生存在别处（大多数地方生命都不可能存在），将观测到不同性质。但弦论并非经过实证的理论，甚至不是完整的理论。如果我们能证明弦论正确，这项理论预测就会是多重宇宙合理且具实验基础的论证，但我们目前还没做到。
凡可发生之事皆会发生。当我们试图解释大自然为何选择遵循某些特殊定律时，有些物理学家和哲学家推测，大自然其实从未做过这类选择：只要是想得到的定律，就一定适用于某处。这种想法部份受到量子力学的启发，正如葛尔曼（Murray Gell-Mann）那令人难忘的见解：只要没被禁止的，就必然会发生。粒子会采行所有可能的路径，我们看到的则是所有路径机率加权平均的结果。或许这也发生在整体宇宙，这就意味着多重宇宙的存在。不过，天文学家不可能观测这种机率的多重性，甚至无从得知机率的大小。面对某些未经证实却能产生决定性影响的系统化原则或架构，我们只能搞清楚这项说法的意义，例如铁马克倡议的，所有可能的数学结构必须摆在某种物理领域内来理解。但我们完全不清楚这项原理要求的宇宙是什么样子，只知道一定得包括我们身处的世界。我们也无从证实这类系统化原则的存在或性质。从某方面看来，这是吸引人的主张，但它对真实世界的应用，纯属臆测。

缺乏证据
虽然缺乏论证，宇宙学家仍对平行宇宙提出了各种实验检测。例如，假设我们的宇宙曾与混沌暴胀学说预测的宇宙泡碰撞，CMB就可能带有该宇宙泡的痕迹。在一个无尽循环的宇宙里，CMB也可能保留着大霹雳之前的宇宙遗迹。这些确实是取得其他宇宙真实证据的方法，有些宇宙学家甚至宣称看到这类遗迹了。不过这些宣告争议颇大，而且许多假设上可能存在的多重宇宙并不会留下这类证据。因此，观测者只能检验某些类型的多重宇宙模型。
第二种观测检验是寻找基本常数的变化，毕竟这些可证实的物理定律，并非一成不变的假设。某些天文学家宣称已发现了这种变化，但大部份的人认为这证据仍旧可疑。
第三种检验是去度量可观测宇宙的形状，究竟是球状的（正弯曲）、双曲面状的（负弯曲），还是「平坦的」（无弯曲）？由于球体属于封闭形态，体积有限，因此多重宇宙的学说一般预测的是非球状的宇宙形态。不幸的是，这并不是一项彻底的检测。超出我们视界部份的宇宙，形状有可能与可观测的部份相异；况且，并非所有多重宇宙的理论，都排除球状几何的存在。
宇宙的拓扑是较佳的检验方式：它是否弯曲成甜甜圈或脆饼的形状呢？若果真如此，宇宙的大小必然有限，能排除大多数版本的暴胀模型，特别是基于混沌暴胀的多重宇宙学说。这种形状将在天空中产生不断循环的图案，例如发生在CMB上的巨大圆圈。天文学家还未找到这类图案，而这项空空如也的成果无法做为多重宇宙存在的证据。
最后，物理学家或许希望能够证明（或排除）某些多重宇宙的理论。他们可能会发现反对混沌版暴胀的观测证据，或是根据数学或实验上的不一致，强迫他们放弃弦论地景。这种情况虽不至于完全破除多重宇宙的概念，但势将损毁大部份支持此概念的动机。

太多摇摆的空间
总之，多重宇宙并无定论。基本原因在于此说法的弹性太大：它比较像是个概念，而非定义明确的理论。大多数的提案都是由不同观念拼凑而得的，并非连贯的整体。无限暴胀的基本作用，并不会使多重宇宙中的不同区域拥有不同物理定律；它必须结合另一个假设性的理论，才能达到那种效果。虽然这两者是相容的，却不一定相伴发生。
证明多重宇宙的关键步骤，是从已知推论到未知，从可检验的推论到不可检验的。你选择怎样的推论，决定了获得的答案。由于多重宇宙论可以解释几乎所有事物，任何观测都可容纳于某些版本的多重宇宙中。实际上，各式各样的「证明」都建议我们应该接受理论的解释，不再坚持观测检验。然而这种检验已是科学工作的基本要求，放弃这项坚持就得承担后果。假如我们缩减了对扎实数据的要求，便是削弱了几个世纪来科学成功的核心原因。
现在，能对某个范围的现象提出统一的解释，当然比用分散论证拼凑起来的大杂瞺去解释来得重要。倘若统一的解释假定平行宇宙这种不可观测实体的存在，我们或许不得不接受。但关键议题是，究竟需要多少无法验证的东西？特别是，我们假设的东西，是否比亟待解释的现象还多？在多重宇宙的情况中，我们假设了数目惊人的不可观测实体，以解释一个现存的宇宙，这并不符合14世纪英格兰哲学家奥坎提出的判准：「如无必要，勿增实体。」
多重宇宙的倡议者最后还有一项论证：我们没有更好的选择。但是，倘若这项论证是最佳解释，即便它就跟不断增生的平行宇宙一样令人反感，我们还是得接受；反之，若我们想放弃多重宇宙，就需要替代方案，它的外延推论取决于我们准备接受什么解释。物理学家总希望自然定律是不可避免的（因为没有别的可能，事情必然如此），但我们无法证明这一定正确。此外，我们还有其他选择。这宇宙可能恰好就生成那样。或从某种意义而言，事情就是这么成了：存在的背后，有某种目的或意图在支撑。科学无法判断哪种情况才正确，因为这是形上学议题。
科学家提出多重宇宙，以解答存在本质的深邃议题，但这项议题最终依旧未能获得解决。所有和宇宙相关的讨论，也会出现于多重宇宙之中。假如多重宇宙真的存在，那究竟是出于必然、偶然或是有目的呢？这是个形上学问题，没有任何物理理论可以回答。
我们必须坚守一项观念：科学的核心在于经验检测。无论我们假设的实体是什么，我们需要和它有某种因果关系，否则对此实体就没有任何限制了。这种联系不一定要非常直接。如果有个实体是无法观测的，但它对于其他已经证实的实体性质是绝对必要的，其存在就可视为通过验证。但对整个解释的体系而言，之后还是得提出存在的直接证据。我向多重宇宙支持者提出的挑战是：你们能否证明不可见的平行宇宙对于解释我们确已见到的世界，是不可或缺的？两者是否有本质上不可避免的连结？我抱持的怀疑态度让我认为，对于多重宇宙的思考，正是反映科学本质与存在终极本质（我们为何在此？）的绝佳机会。它会带来崭新而有趣的见解，会是个成果丰硕的研究计画。我们需要开放的心灵来面对它，但也不需开放过头。它是值得一探究竟的精妙景致。平行宇宙可能存在也可能不存在，此案尚待证实，而我们只能与这样的不确定性共存。具科学基础的哲学探索没什么不对，多重宇宙的学说正是如此。不过，我们应该给它一个名实相副的地位。

摘自《科学人杂志》