據《環球科學》報導，過去十年裡，有一個不尋常的聲音讓宇宙學家著迷：我們能看到的這個膨脹著的宇宙不是唯一的，還存在著數十億個別樣的宇宙。不是一個宇宙，而是多重宇宙。在《科學美國人》的文章、布賴恩·格林（Brian Greene）的新書《隱藏的真實》（Hidden Reality）等報導和書籍中，頂級科學家正在談論一場超越哥白尼「日心說」的革命。從這個角度來說，不僅地球只不過是眾多行星中的一員，就連我們的宇宙在大尺度上也無足輕重。它只不過是各自為營的無數宇宙中的一個。
「多重宇宙」（multiverse）這個詞具有不同的含義。天文學家可以看到大約420億光年遠的地方，那裡是我們目前能看到的最遠地方（即可見視界）。但我們沒有理由認為宇宙會在那裡終止。在它之外可能存在許多極為相似的宇宙（甚至無窮多個），每一個都具有不同的初始物質分布，但都由相同的物理定律操控。今天，幾乎所有宇宙學家（包括我）都接受這種多重宇宙的觀點，馬克斯·蒂格馬克（Max Tegmark）稱其為「第1層」（level 1）。然而，有人走得更遠。他們提出，完全不同類型的宇宙是存在的，它們具有不同的物理定律、不同的歷史，也許還有不同的空間維數。雖然其中一些會充滿生命，但絕大多數都是不毛之地。這種「第2層」（level 2）多重宇宙觀點的支持者主要是亞歷山大·維蘭金（Alexander Vilenkin）。他描繪了一幅生動的畫面：在無窮多個宇宙中有無窮多個星系，無窮多顆行星，以及無窮多個和你同名的人在看這篇文章。
自古以來，許多文化中都有類似的觀念。不同的是，多重宇宙的主張是一個科學理論，這意味著該理論具有數學上的嚴謹性和實驗上的可檢驗性。但我對這個說法表示懷疑。我不相信其他宇宙的存在已經得到了證明——或者有一天能夠被證明。多重宇宙的擁護者，以及大幅擴大了物理現實概念的人，無疑正在重新定義「科學」的含義。
跨越視界
那些贊成廣泛意義上的多重宇宙的科學家，對於多重宇宙如何產生，以及它們位於何處，有著不同的看法。這些宇宙可能都位於遠離我們的空間區域中，就如艾倫·古斯（Alan Guth）、安德烈·林德（Andrei Linde）等人的混沌暴脹模型（chaotic inflation model）所預想的一樣。按照保羅·J.·斯坦哈特（Paul J. Steinhardt）和尼爾·圖羅克（Neil Turok）提出的循環宇宙模型（cyclic universe model），它們也可能存在於不同的時期。戴維·多伊奇（David Deutsch）提出，其他宇宙和我們現在這個宇宙可能存在於同一空間，但具有不同的量子波函數。蒂格馬克和丹尼斯·西阿瑪（Denis Sciama）則認為，其他宇宙也許根本不和我們的時空相連。
在這些選項中，最受認可的是混沌暴脹，本文中我會集中討論它（不過，我在文中的絕大多數評論也適用於其他多重宇宙理論）。混沌暴脹理論認為，大尺度上的空間會永遠膨脹，其中的量子效應會不斷產生新的宇宙，就像小孩吹泡泡一樣。暴脹的概念可以回溯至20世紀80年代，物理學家根據弦理論（string theory）——用於闡釋自然本質的最全面的理論，已經對暴脹進行了詳細解釋。弦理論允許宇宙泡之間看上去大相逕庭。實際上，不僅每個宇宙都始於隨機的物質分布，而且還具有隨機的物質類型。我們這個宇宙包含電子和夸克等能通過電磁力相互作用的粒子，而在其他宇宙中，基本粒子和作用力則可能截然不同——這也意味著不同的物理定律。把所有局部的物理規律集合起來，就構成了「景觀」（landscape）。在弦理論的一些解釋中，「景觀」的內容極為寬泛，確保了宇宙的巨大多樣性。
談論多重宇宙的許多物理學家，尤其是擁護弦景觀（string landscape）的人，並不關心平行宇宙（parallel universes）本身。對他們來說，其他人對多重宇宙這一概念的反對意見並不重要。他們的理論能否存在，取決於理論能否自恰（consistency），或者最終能否得到實驗的驗證。他們根據自己的理論，推想出了一個多重宇宙的場景，卻沒有想過這個場景是如何產生的——但宇宙學家卻很關心這一過程。
對一個宇宙學家而言，所有多重宇宙假說的基本問題是，我們的宇宙存在一個視界（visual horizon）。這個視界限制了我們所能看到的最遠距離，因為，從宇宙創生至今，在某個遙遠的地方，以光速（它是有限的）向我們傳播的信號，跟本沒有足夠的時間抵達我們這裡。所有的平行宇宙都位於我們的視界之外，無論技術如何進步，我們永遠無法看見它們。事實上，它們實在太遠了，對我們的宇宙不會產生任何影響。這就是多重宇宙支持者的論斷沒有一個可被直接證明的原因。
這些支持者正在告訴我們，根據在視界中所獲得的數據，我們可以外推描述比我們宇宙視界大1 000倍、10100倍、
101 000 000倍乃至無窮多倍的空間裡會發生什麼。這是一種不合理的外推。也許，宇宙在一個非常大的尺度上是閉合的，並非無窮大；也許，宇宙中的所有物質會在某個地方終止，在這之外則永遠是真空；也許，空間和時間會在一個奇點處走向盡頭，這個奇點又形成新的宇宙。我們不知道究竟發生了什麼，因為我們沒有來自這些區域的信息，而且永遠都不會有。
多重宇宙可能的形式
絕大多數多重宇宙的支持者都是很謹慎的科學家，他們都很清楚上述問題，但仍然認為，可以對視界之外的情況作出合理推測。他們的說法可以歸為7類，但每一種說法都有自己的缺陷。
空間沒有盡頭。空間會延伸到我們的宇宙視界之外。並且，在我們看不到的地方還存在許多其他區域，這一點很少有爭議。如果這類多重宇宙存在，我們可以外推出，在視界之外的區域中能看到什麼，但隨著距離的增加，不確定性會越來越大。然後，人們就會提出其他的、更詳細的多重宇宙場景，比如在我們看不見的區域中，會有不同的物理定律。不過，像這樣從已知外推未知情況的問題是，沒有人能證明你是錯的。科學家如何判斷，由我們看到的東西推測出不可觀測的時空區域，這種外推到底合不合理？其他宇宙是否可能具有不同的初始物質分布，或者擁有不同的物理常數值（例如決定核力強度的那些常數）？不同的假設，可以得到不同的答案。
已知的物理學定律預言了其他宇宙的存在。提議中的弱電統一理論預言了標量場（scalar fields）之類的實體，它是科學家假設的一種類似磁場那樣的、充滿空間的場。這些場驅動了宇宙暴脹，產生了無窮多的宇宙。這些理論具有很好的理論基礎，但這些假想場的屬性是未知的，科學家也沒法證明它們的存在，更別說檢測它們應有的性質。關鍵問題是，物理學家並沒有證明，這些場的動力學特徵能否在不同的宇宙泡（bubble universes）中，導致不同的物理定律。
預言宇宙無窮多的理論通過了關鍵的觀測檢驗。宇宙微波背景輻射揭示了早期熱膨脹時期結束時宇宙的樣子。其中存在的模式說明，我們的宇宙真的經歷了暴脹階段。但並不是所有類型的暴脹都會永遠進行下去，從而產生無窮多個宇宙。而僅通過觀測，我們也無法從其他類型的暴脹中甄別出最合理的那一種。斯坦哈特等宇宙學家甚至主張，永恆暴脹（eternal inflation）會在背景輻射中產生不同於我們見過的信號模式（見《環球科學》2011年第5期《宇宙暴脹的核心漏洞》）。林德和其他人卻不同意這種說法。誰對誰錯？這都取決於你對暴脹場（inflationary field）的物理學定律作了哪些假設。
宇宙的基本常數為生命的存在作過精細調整。對於我們這個宇宙，一個驚人的事實是，物理常數恰好是允許包括生命在內的複雜結構存在。史蒂文·溫伯格（Steven Weinberg）、馬丁·裡斯（Martin Rees）、倫納德·薩斯金（Leonard Susskin）和其他人認為，這顯然是一種巧合，多重宇宙可以為它提供一個合理的解釋：如果宇宙夠多，容許所有基本常數的存在，那麼總會有一個宇宙的基本常數適合生命的出現。現在，這一推斷已經用來解釋加速宇宙膨脹的暗能量的密度。我同意，對於暗能量的密度，多重宇宙可能是一種合理的解釋，而且，這也是我們現在擁有的唯一有科學依據的解釋。但是，我們無法通過觀測來驗證這種解釋。另外，對這一問題的絕大多數分析都假設，物理學的基本方程在任何地方都是相同的，只有物理常數存在差異——但只要認真研究多重宇宙，你會發現事實未必如此（參見《環球科學》2010年第2期《到宇宙之外尋找生命》）。
基本常數與多重宇宙理論的預言相符。這種說法對以前的理論作了一些改變：宇宙並沒有像我們以前認為的那樣，為了能承載生命而作過微調。支持這一理論的人估算過不同暗能量密度可能出現的概率，密度值越高，它出現的可能性就越大，但對於生命來說，宇宙也會變得更加險惡。我們所觀測到的值應該正好位於宜居與不宜居的分界線上，而它看上去也確實如此（見右側圖示）。這種說法的漏洞在於，如果不存在多重宇宙讓你應用概率的話，我們就無法使用這一概率證據。因此，該說法一開始就假設了想要得到的結果，但如果在物理學上只存在一個宇宙，它根本就不適用。概率只是討論多重宇宙能否自洽的由頭，而非多重宇宙存在性的證據。
弦理論預言了多重宇宙的存在。弦理論已從一個解釋每一件事情的理論，變成了幾乎任何事情都有可能的理論。在目前的框架下，該理論預言，我們這個宇宙的許多基本屬性是純粹的偶然事件。如果宇宙是獨一無二的，那這些特性就似乎無法解釋了。例如，我們如何理解物理學具有高度限制的特性，使得生命存在這一事實？如果我們的宇宙只是許多個中的一個，這些特性就完全說得通了。它們不會被特意挑選出來的，而只是恰好出現在我們所處的宇宙空間。如果身處其他地方，我們就會觀測到不同的物理性質，當然前提是我們能在這些地方活下去（絕大多數地方，生命都無法生存）。但弦理論不是一個經受過考驗的理論，甚至不是一個完整的理論。如果我們有證據可以證明弦理論是正確的，那麼這套理論所作的預言將會成為多重宇宙合理的、有實驗依據的論據。但我們沒有這樣的證據。
所有可能發生的事情都會發生。為了解釋自然界為何會遵循特定規律而非其他規律，一些物理學家和哲學家懷疑，自然界從未選擇過物理定律，任何可能的規律都可以在某處發揮作用。這個想法部分源自量子力學。正如默裡·蓋爾曼（Murray Gell-Mann）所說，在量子力學中，只要是沒有禁止的，就是必然會發生的。一個粒子會走它能走的所有路徑，而我們觀測到的現象，則是所有這些可能性加權平均的結果。對於宇宙可能也是如此，這暗示了多重宇宙的存在。但是，天文學家完全沒有機會觀測到所有的可能性。實際上，我們甚至無法知道這些可能性是什麼。只有在一些尚未被驗證的組織原則或框架下——它們決定了哪些可以發生，哪些不能發生，上述說法才說得通（例如，蒂格馬克曾提出，所有可能的數學結構都必須要在某個物理區域中才能實現）。但是，我們不知道這種說法會牽涉到什麼樣的原則或框架，而且我們也沒有任何方法來檢驗這些組織原則的存在或屬性。在某些方面，這種說法是一個很有吸引力的提議，但把它應用於現實則純粹是猜想。
證據的缺失
雖然理論論據不足，但宇宙學家也提出了各種各樣對平行宇宙的實證檢驗。例如，如果我們的宇宙曾經和另一個宇宙泡（混沌暴脹理論所暗示的那種類型）發生過碰撞的話，在宇宙微波背景輻射中，也許還殘留著這個宇宙的蛛絲馬跡。如果宇宙處於無窮無盡的循環中，背景輻射還可能包含大爆炸之前的宇宙的殘留痕跡。通過這些方式確實可能找到其他宇宙存在的證據。一些宇宙學家甚至已經聲稱看到了這些殘留痕跡。然而，這些說法引起了巨大的爭議，而且在許多假設中，可能存在的多重宇宙都不會產生這些證據。因此，觀測者只能通過這些方式檢驗一些特定類型的多重宇宙。
第二種檢驗方法是，尋找一個或者多個基本物理常數的變化，從而可以證實物理定律並非永恆不變這一前提。一些天文學家宣布已經發現了這些變化，但絕大多數人對此半信半疑。
第三種檢驗方法是，測量我們能觀測到的宇宙的形狀：它是球形（正曲率）、雙曲（負曲率）還是「平直」（零曲率）的？多重宇宙理論一般都預言宇宙不會呈現球形，因為一個球自身是封閉的，只允許有限的體積。不幸的是，這種檢驗並不精確。超出我們視界的宇宙可以具有和我們所見部分不同的形狀，而且不是所有多重宇宙理論都排除了球形宇宙。
一個更好的檢驗方法是測量宇宙的拓撲結構：它是否會像一個甜甜圈那樣捲成環形？如果是這樣，它的大小將是有限的，這會明確排除絕大多數暴脹模型，尤其是基於混沌暴脹的多重宇宙理論。這一形狀會在天空中產生循環出現的模式，例如宇宙微波背景輻射中的大圓環（gian circle）。觀測天文學家對此進行過搜尋，但一無所獲。不過，這一零結果並不能用作支持多重宇宙的論據。
最後，物理學家希望能證明或者否定一些預言多重宇宙的理論。他們也許會找到否定混沌暴脹的觀測證據，抑或發現一種數學或者驗證上的不自洽性，迫使他們放棄弦理論的景觀。這種情形會削弱許多人支持多重宇宙理論的動機，但不會完全排除多重宇宙的可能性。
太多的迴旋餘地
總之，對於多重宇宙是否存在，我們還沒有明確答案。根本原因是，這種理論非常「靈活」：它更像是一個概念，而非定義明確的理論。絕大多數假說都只是一些不同想法的拼湊體，而不是一個連貫的整體。就永恆暴脹的基本機制而言，它不會導致多重宇宙中，每個宇宙的物理定律都不同。為此，永恆暴脹理論需要和另一種推測性理論相結合。雖然它們可以相互適應，但並不是必然的。
證明多重宇宙的關鍵步驟是從已知到未知、從可檢驗到不可檢驗的外推。你得到的答案取決於你所選擇什麼來外推。因為涉及多重宇宙的理論幾乎可以解釋任何事情，任何觀測都可被納入一些多重宇宙理論的「變體」中。實際上，這些各式各樣的「證據」在向我們暗示，應該接受一個理論解釋，而非堅持觀測檢驗。但是，到目前為止，這些檢驗已經成為了科學研究的核心訴求，拋棄它我們將自擔風險。如果我們降低對可靠數據的要求，就弱化了過去的幾個世紀中，科學取得成功的根本。
現在，對於一些現象，一個統一的解釋，肯定要比一大堆亂七八糟的解釋更令人滿意，更受重視。如果一種統一解釋認為，存在一些不可觀測實體，比如平行宇宙，我們也許會覺得自己是被強制去接受這些東西的。但是，一個關鍵問題是，我們需要多少無法驗證的實體。特別是，我們是否假設了比需要解釋的現象更多（或更少）的實體？對於多重宇宙，我們假設存在大量甚至是無窮個無法觀測的實體，來解釋僅僅一個可觀測的宇宙，這很難符合14世紀英國哲學家奧卡姆的威廉（Willia of Ockham）提出的「實體不得超出所需」的原則。
多重宇宙的支持者亮出了最後一條理由：沒有更好的替代理論。科學家很可能會發現，多重宇宙理論的擴張令人不快，如果它是最佳的解釋，我們就得被迫接受它；相反，如果我們打算放棄多重宇宙，就需要一個可行的替代理論。對「替代品」的探索取決於我們準備接受什麼樣的解釋。物理學家總是希望自然規律是必然的，即由於沒有其他可能的方式，事物呈現出本來的樣子，但是我們無法證明這是真實的。其他可能性也存在。宇宙也許純粹是偶然事件，只是正好以這個方式出現。或在某種意義上，事物本來就是這個樣子——它們的存在有著特定的目的或意圖。科學無法確定是哪種情況，因為這些是純粹哲學議題。
為了解決存在的本質這個深層問題，科學家提出了多重宇宙理論，希望它能成為一條解決途徑，但這個理論卻留下了無法解決的終極問題。所有宇宙涉及的問題在多重宇宙中也會再一次涉及。如果多重宇宙存在，那它的出現是偶然的、必然的還是帶有某種目的性？這是一個純粹的哲學問題，對於宇宙或多重宇宙而言，任何物理理論都無法回答。
為了取得進展，我們需要保留實證檢驗是科學核心的想法。無論提出什麼客觀實體，我們都需要與它們具有某種因果聯繫，否則就失去了限制。這一聯繫可以是間接的。如果一個實體是無法觀測的，但對於其他已經被證實的實體而言又絕對必要的話，那麼它可以被當成已經經過證實。但是，對於提出這些實體的人而言，就有責任去證明這種間接聯繫是否存在。我對多重宇宙的支持者提出的一個問題是：你們能否證明，不可見的平行宇宙對於解釋我們所處的世界是不可或缺的嗎？它們之間的聯繫是必需且不可避免的嗎？
雖然我對多重宇宙有些懷疑，但我認為對多重宇宙的思考是一個絕佳機會，讓我們能去深思：科學本質是什麼？存在的終極原因是什麼——為什麼我們會在這裡？它將催生有趣的新見解以及富有成效的研究項目。關注這一概念，我們需要一個開放的思維，但也不能過於開放。這是一條微妙的道路。平行宇宙也許存在，也許不存在，未被證明。我們不得不和這一不確定性相伴。有科學基礎的哲學猜想並沒有錯，多重宇宙的提議即是如此。但我們應該還其本來面目。