找不到證據的多重宇宙,對科學有害?

2020-12-02 中國科學技術館

1990年，我為《科學美國人》撰寫了一篇文章，主題是：我們的宇宙是否可能如一些物理理論暗示的，是多重宇宙中的一個。文章標題為《這裡有一個宇宙，那裡也有一個》（Here a Universe, There a Universe...）。之所以使用這種輕鬆的語氣，是因為我不想讀者把這些宇宙猜想看得太過嚴肅。畢竟，我們還沒有辦法證明或推翻其他宇宙的存在。

如今，物理學家仍然缺乏證據證實其他宇宙的存在，甚至缺乏獲得證據的有效方法。儘管如此，許多人堅持認為，我們的宇宙實際上只是浩瀚的「多重宇宙」中的一粒塵埃。肖恩·卡羅爾（Sean Carroll）是一位精於雄辯且富有激情的多重宇宙理論研究者，他對多重宇宙的信仰源於量子力學，他認為後者是對現實最好的詮釋。

卡羅爾在他的《量子世界和時空的出現》（Something Deeply Hidden）一書中斷言，量子力學並非只能描述微觀世界，它能描述包括人類在內的一切事物。「就我們目前所知，」他寫道，「量子力學不僅僅是對事實的一種近似描述，它本身就是事實。」 卡羅爾認為，無論多重宇宙看起來多麼荒謬，它是量子力學理論不可避免的結果。

為了證明這個觀點，他帶我們深入超現實的量子世界——我們的宇宙! 基本的量子方程被稱為波函數（wave function），它表示一個粒子（例如電子）能處於多個可能的空間位置，以及出現在各個位置的概率。當你用儀器對準電子，測定它的位置，你會發現電子只有一個位置。你可能會合理地推測，波函數只是電子行為的統計學近似值，電子很小，因此我們的儀器無法測得更精確。但根據卡羅爾的觀點，這個推測可能是錯誤的。電子始終以一種模糊的概率形式存在，直到你觀察到它，它才出現物理學上的「坍塌」，出現在某個位置上。

物理學家和哲學家為這個「測量問題」已經持續爭論了近一個世紀。人們提出了各種各樣的解釋，但其中大多數要麼不可信，要麼需要將人類意識看作現實的必要組成，要麼需要特地調整波函數。在卡羅爾看來唯一合理的解決方案，是普林斯頓大學的研究生休·埃弗裡特三世（Hugh Everett III）在1957年提出的——電子實際上存在于波函數所允許的所有位置上，只不過在不同的宇宙中。

這一後來被稱為「多世界理論」的假說，在數十年的時間內得到了完善。它不再需要考慮測量行為或測量者的個人意識。理論認為，當一個量子粒子撞擊另一個量子粒子時，宇宙就會分裂或出現新分支，使兩者的波函數崩潰。這個過程被稱為「退相干」，隨時都在發生，並且它此刻就在你身邊發生！此刻，無數和你一樣的人出現，他們或許比你更快樂。而為什麼我們感受不到這個分裂過程呢？埃弗雷特回答道：「你能感覺到地球的運動嗎?」

卡羅爾在一定程度上解決有關多重宇宙理論的證據問題。他表示，哲學家卡爾·波佩爾（Karl Popper）普及了一個觀點：科學理論應該精確到能被檢驗或證偽，而埃弗雷特的假設「好的一面」在於它是「基於量子力學、完全客觀的討論」。

卡羅爾進一步提出，即使我們永遠無法直接觀察到多重宇宙中的其他任何一個宇宙，由於量子力學是可證偽的，多重宇宙假說「也會是其中最具可證偽性的理論」。此外，「很多」只是對多重宇宙數量的一個保守說法。卡羅爾估計，自大爆炸以來，宇宙的數量是2的10次方的112次方。就像我說的，宇宙的數量是無限個。

多世界理論只是多重宇宙理論中的一種。物理學家還提出過一些更奇怪的理論，例如科普作家湯姆·西格弗裡德(Tom Siegfried)在他撰寫的《天堂的數量》(The Number of The heaven)一書中所提到的。弦理論認為，所有的自然力都來自線狀的「弦」在九維或更高維度空間的扭動，這意味著我們的宇宙只是不斷延伸的宇宙「景觀」中的一個小山丘，其中一些宇宙具有與我們截然不同的法則和維度。混沌暴脹（Chaotic inflation）是大爆炸理論的一個擴充版本，它表明我們的宇宙是無邊無際的泡沫海洋中的一個微小氣泡。

除了描述多種多樣的多重宇宙理論，西格弗裡德還提出，多重宇宙觀點的出現最早可以追溯到古希臘時期。西格弗裡德對多重宇宙的存在持中立態度，且承認「沒有人能確定」其他宇宙是否存在。但隨後，他又為多重宇宙理論提供了一個防禦性觀點，他宣稱「多重宇宙的存在比不存在更有意義。」

西格弗裡德將歷史上對多重世界觀點的抵制歸因於亞里斯多德，後者一直堅定地認為地球是唯一存在的世界。由於亞里斯多德是錯誤的，西格弗裡德似乎在暗示，或許現代多重宇宙理論的懷疑論者也錯了。畢竟自亞里斯多德的時代起，我們所知的宇宙範圍已經極大地擴大了。但直到一個世紀前，我們才知道銀河系只是眾多星系中的一個。

西格弗裡德認為，符合邏輯的下一步是，我們發現整個宇宙只是諸多宇宙中的一個。他在反駁那些稱多重宇宙理論不可驗證、「不科學」的懷疑者時，表示他們的觀點並不科學，因為「在預設科學的定義時，他們一開始就排除了多重宇宙」。

事實上，我並不願意否定多重宇宙的存在。我看到了多重宇宙理論的一些價值，就像這位像肖恩·卡羅爾一樣具有天賦的作家——西格弗裡德所描述的，這些理論激發了我們的想像力，並給予了無限的啟示。它們讓我們感覺自己真的十分渺小。

但由於一些原因，我對多重宇宙理論的興趣大不如前。首先，無論從內部和外部來看，科學正處於一個低潮期。當傑出的思想家傳播這些永遠無法被檢驗的觀點時，科學就會受到損害，因此，這些觀點是不科學的。此外，我們的現實世界中正面臨嚴重的問題，而沉溺於多重宇宙更像是在逃避現實——類似於億萬富翁幻想殖民火星。科學家不應該用他們的時間做一些更有成效的事情嗎?

也許在另一個宇宙中，卡羅爾和西格弗裡德已經說服了我認真看待多重宇宙的觀點——但我對此表示懷疑。

撰文：約翰·霍根（John Horgan） 

翻譯：高宏

文章來源：環球科學

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