平行宇宙嘅设定，具备科学基础吗？

纵观历史，几乎在每个古代社会，人都相信有第啲层次嘅存在，有天神和幽灵嘅居所。基督教徒相信天堂、地域和炼狱。佛教徒相信涅槃和各种形态嘅意识。印度教徒则拥有数千种层次嘅存在。

近来，平行宇宙嘅概念成‌理论物理学家之间辩论得最热烈嘅话题之一。喺科学文献度，讨论得最激烈嘅有至少三种类型嘅平行宇宙：

a. 超空间，或者高维空间

b. 多元宇宙

c. 量子平行宇宙

超空间

有一种平行宇宙是历史最悠耐嘅辩论对象——高维空间。我哋生活在三维（长、宽、高）空间内，这是常识。无论我哋在空间中点样移动物体，所有嘅方位都可以用呢种三维空间坐标表示。事实上，我哋可以用这三个数字标出宇宙中任何物体嘅方位，从我哋嘅鼻子尖到所有星系最遥远嘅角落。

第四维空间似乎有违常识。如果一个房间充满烟雾，噉么我哋唔会睇到烟雾消失在另一个维度中。喺2 000 年嘅时间里，任何敢谈论第四维度嘅数学家都要冒住被嘲讽嘅风险。但係，奥尔格·波恩哈德·黎曼写下‌基础高维度数学（在数十年后被大量引入爱因斯坦嘅广义相

对论中）。黎曼嘅一次著名演说好似一阵强烈嘅旋风，推翻‌拥有2 000 年历史嘅古希腊几何学，并且建立高等、弯曲嘅维度嘅基本数学，至今我哋仍然在使用佢。

在历史上，四维空间被物理学家认为不过是一种好奇心嘅产物。有关高维空间嘅证据从来没有被发现过。

弦理论

在《生活大爆炸》度，Sheldon嘅主攻研究方向就是弦理论。如果你是《生活大爆炸》嘅忠实观众，你能唔可以解释出乜嘢是弦理论呢？

超弦理论断定，电子和第啲亚原子粒子不过是一根弦嘅不同振动形式，佢像一个微型橡皮筋那样起作用。如果击打橡皮筋，噉么佢将以不同嘅方式振动，每种振动相当于一种不同嘅亚原子粒子。咁样，超弦理论解释‌目前为止已经在我哋嘅粒子加速器中发现嘅数百种亚原子粒子。爱因斯坦嘅理论事实上剩只是弦嘅最低水平嘅振动之一。

弦理论被认为是一种“万有理论”，是传说中爱因斯坦在人生最后30 年中感到困惑嘅理论。爱因斯坦想要一种单一嘅、全面嘅理论，概括所有物理定律，能够使佢“读取上 帝嘅意志”。如果弦理论能正确统一万有引力和量子理论，噉么佢或者象征住自2 000年前古希腊人提出物质由何组成嘅疑问以来科学嘅最高成就。

但是，超弦理论嘅古怪特点在于呢啲弦只能在特定嘅时空维度中颤动，佢们只能在十维中振动。如果试图在第啲维度中创造一种弦理论，噉么佢会在数学上崩溃。

高中时我哋学到，当我哋进入太空嘅时候，我哋承受嘅地球引力会减小。更精确噉讲，引力嘅减小同距离嘅平方成正比。但这只是因为我哋生活在一个三维世界中。但是，如果宇宙有四个空间维度，噉么引力嘅减弱就应当同距离嘅立方成正比。如果宇宙有n 个空间维度，噉么引力应当以n-1次幂减弱。牛顿著名嘅反平方定律经测试被证明在天文距离下极为准确，噉就是点解我哋能以惊人嘅精确度让空间探测器飞过土星嘅光环。

2008 年在瑞士日内瓦郊外投入使用嘅大型强子对撞机用于寻找名叫“超粒子”嘅新型粒子，佢是超弦嘅一种较高嘅振动形式（你在自己周围所睇到嘅一切都只是超弦嘅最低振动）。如果超粒子由大型强子对撞机发现，噉佢可能标志住一场我哋睇待宇宙方式嘅革命。喺咁样嘅宇宙度，标准模型剩只代表超弦嘅最低颤动。

基普·索恩讲：“到2020 年，物理学家们会理解量子引力嘅定律，会发现佢是弦理论嘅一种变体。”

除咗高维空间，弦理论还预测‌第啲平行宇宙，噉就是“多元宇宙”。

多元宇宙

普林斯顿高级研究所嘅爱德华·威腾和剑桥大学嘅保罗·汤森推断，所有嘅五种弦理论其实系同一种弦理论——只要我哋添加第十一个维度。喺第十一维度度，但系以存在一种新嘅数学对象，叫作膜（比如，一个球体嘅表面）。这里有一种惊人嘅发现：如果一个人从十一维掉入十维，全部嘅五种弦理论都会出现，从一层膜开始。因此，所有嘅五种弦理论都不过是将一层膜从十一维时空移到十维时空。

为咗将呢个发现形象化，想象一个在中间缠住一条橡皮筋嘅沙滩球。想象用一将剪刀将球一切为二， 一半在橡皮筋上，一半在橡皮筋下，因此，将沙滩球嘅上半部分和下半部分消除后，剩下嘅就是橡皮筋—— 一根弦。以同样嘅方法，如果我哋卷起第十一维，一张膜所留下嘅就只是佢嘅中纬线，噉是一根弦。

第十一维度畀予‌我哋全新嘅图景。佢还意味住或者宇宙本身是一张膜，漂浮在一个十一维时空中。并且，并非所有呢啲维度都必须好小。事实上，有啲维度可能系无限大嘅。

这提出‌我哋嘅宇宙存在于一个第啲宇宙嘅多元宇宙中嘅可能性。想象一大堆漂浮嘅肥皂泡，或者膜。每个肥皂泡代表一个漂浮在一个更大嘅十一维超空间中嘅宇宙。呢啲肥皂泡可以同第啲肥皂泡相互联合，或者破裂，甚至短暂出现又消失。我哋可能剩只生活在呢啲肥皂泡宇宙之一嘅表面上。

根据弦理论嘅预测，有几多宇宙？弦理论有一个令人窘迫嘅特征——宇宙可能有成千上万个，个个符合相对论和量子理论。

一般嚟讲，呢啲宇宙之间嘅交流是不可能嘅。我哋身体嘅原子好似被捕蝇纸困住嘅苍蝇。我哋能够在自己嘅膜宇宙嘅三维中任意行动，但是我哋唔可以跳下宇宙进入超空间，因为我哋被粘在‌自己嘅宇宙里。但引力作为时空嘅弯曲可以自由地在宇宙间嘅空间里漂浮。，有一种理论认为，暗物质（一种包围宇宙嘅不可见物质）或者是漂浮于一个平行宇宙中嘅普通物质。同样，有推测话，暗物质或者是一个漂浮于我哋之上另一个膜宇宙中嘅普通星系。我哋能够感觉到呢个星系嘅引力，因为引力会慢慢在宇宙之间流动，但是另一个星系对我哋而言是不可见嘅，因为光在星系下面移动。咁样，呢个星系将具有引力，但不可见，这符合对于暗物质嘅描述。

大多数平行宇宙可能已经死去，由无形嘅亚原子粒子（比如电子和中微子）气体组成。喺呢啲宇宙度，质子或者是不稳定嘅，因此我哋所知嘅一切物质都会慢慢衰变和溶解。由原子和分子组成嘅复杂物质在好多咁样嘅宇宙中或者不可能存在。第啲平行宇宙可能恰恰相反，具有远远超出我哋想象嘅复杂物质形式。佢们可能并唔只拥有一种由质子、中子和电子组成嘅原子，而是具有一系列令人眼花缭乱嘅第啲稳定物质形态。

多元宇宙嘅理论具备一项对其有利嘅事实。当我哋分析自然嘅常数时，我哋发现佢们被“调节”得非常精确，允许生命存在。如果增加核力嘅强度，恒星就会以过快嘅速度烧尽，无办法让生命产生。如果降低核力嘅强度，噉么恒星永远唔会燃烧，生命无办法存在。如果加强万有引力，噉么我哋嘅宇宙会在一场“大迫压”中快速死去。如果减弱万有引力，噉么宇宙会膨胀成一场“大冻结”。事实上，大自然嘅常数中有大量“偶然”，允许‌生命存在。睇起来，我哋嘅宇宙存在于一个具有好多参数嘅“适居带”内，所有嘅参数都被“微调”成适合生命生存。因此，我哋要么就接受呢个结论：存在某种形式嘅上 帝，佢选择‌我哋嘅宇宙，让佢“啱好”适合生命；要么就有数十亿个平行宇宙，其中有好多已经死亡。正如弗里曼·戴森所讲：“宇宙似乎知道我哋即将到来。”

量子宇宙

“量子宇宙学”嘅概念最初似乎在名称上是自相矛盾嘅：量子理论涉及嘅是极小嘅原子世界，而宇宙学涉及嘅是成个宇宙。但想想呢个：在大爆炸嘅那一刻，宇宙比一个电子还小得多。每一个物理学家都认同电子必须被量子化，即佢们是由一个或然性波动方程（狄拉克方程）描述嘅，并且能存在于平行状态中。因此，如果电子必须被量子化，如果宇宙曾经小于一个电子，噉么宇宙一定都存在于平行状态中——一种自然通往“多世界”嘅方式。

在量子宇宙学度，物理学家们从一个薛定谔方程嘅模拟入手，佢支配电子和原子嘅波函数。佢们使用作用于“宇宙波函数”嘅德威特－惠勒方程。通常，薛定谔波函数定义嘅是时间同空间中嘅每一点，因此你就可以计算在时间和空间嘅那一点揾到电子嘅可能性。但是“宇宙波函数”定义嘅是所有可能存在嘅宇宙。如果宇宙波函数碰巧在定义某个特定宇宙时好大，就意味住嗰个宇宙好可能会是一个特殊嘅宇宙。

霍金推动‌呢一观点。佢宣布，我哋嘅宇宙是宇宙中特殊嘅存在。我哋嘅宇宙波函数较大，而第啲大多数宇宙嘅波函数则接近零。咁样，喺多元宇宙中存在第啲宇宙嘅可能性虽然好小，但有限。事实上，霍金试图用呢种方式得出膨胀率。喺这幅景象度，一个膨胀嘅宇宙比不膨胀嘅宇宙更有可能存在，因此我哋嘅宇宙是膨胀嘅。

我哋嘅宇宙来自时空泡沫嘅“虚无”，呢一理论似乎完全无办法验证，但佢符合一啲简单嘅观测结果。

第一，好多物理学家指出，我哋宇宙中嘅正电荷总数和负电荷总数相抵啱好为零，这非常惊人，至少在实验嘅精确性之内是咁样嘅。我哋认为太空中嘅引力是主导力量，这是事实，但这不过是由于正负电荷正好相互抵消嘎啦。如果地球上嘅正负电荷之间有最微小嘅不平衡，噉么佢或者可以将地球撕裂，战胜将地球维持成一个整体嘅引力。要解释正负电荷之间咁平衡有一个简单嘅方法：假设我哋嘅宇宙来自“虚无”，并且“虚无”没有电荷。

第二，我哋嘅宇宙嘅旋转为零。虽然库尔特·哥德尔用‌多年时间试图通过累加各个星系嘅旋转来证明宇宙在旋转，但而家天文学家们相信成个宇宙嘅旋转为零。如果宇宙出自“虚无”，噉么呢个现象就好容易解释嘎啦，因为“虚无”嘅旋转为零。

第三，我哋嘅宇宙出自“虚无”有助于解释点解宇宙嘅物质－能量内容总和咁之小，甚至可能系零。当我哋将物质嘅正能量和同引力相关嘅负能量相加时，两者似乎完全相互抵消。根据广义相对论，如果宇宙是封闭嘅、有限嘅，噉么宇宙嘅物质－能量总量应该啱好为零。

家阵时，我哋嘅科技远不足以证明呢啲平行宇宙嘅存在，但平行宇宙嘅存在不同物理定律相悖。

书名：《不可思议嘅物理》作者：加来道雄译者：夏璐

作者简介

加来道雄（Michio Kaku）

美籍日裔物理学家，科学畅销书作者，超弦理论创始人之一，纽约城市大学研究生中心理论物理学教授。

佢撰写‌多部广受赞誉嘅科普著作，包括《平行宇宙》《不可思议嘅物理》《人类嘅未来》等，并几次入围《纽约时报》和《华盛顿邮报》年度科学读物。佢还主持过多档电视科普节目，并在美国《60 分钟》《早安美国》以及《拉里•金直播在线》等节目中担任嘉宾。佢嘅文章《一个物理学家嘅教育历程》被收录至人教版高中语文课本。