?公元前5世紀(jì),德謨克利特就提出“無數(shù)世界”的概念,認(rèn)為“無數(shù)世界”是原子通過自身運(yùn)動形成的。他說:“原子在虛空中任意移動著,而由于它們那種急劇、凌亂的運(yùn)動,就彼此碰撞了,并且,在彼此碰在一起時(shí),因?yàn)橛懈鞣N各樣的形狀,就彼此勾結(jié)起來,這樣就形成了世界及其中的事物,或毋寧說形成了無數(shù)世界。”
公元前1世紀(jì)盧克萊修指出,在我們這個(gè)“可見的世界”之外還存在著“其他的世界”,居住著“其他的人類和野獸的種族?!?br/>
公元前4世紀(jì),伊壁鳩魯表述了世界多元性的思想:“存在著無限多個(gè)世界,它們有的像我們的世界,有的不像我們的世界。”“在一切世界里,都有我們這個(gè)世界里所見到的動物、植物以及其他事物?!?br/>
1714年,萊布尼茨提出了他的“可能世界”的概念,設(shè)想在必然世界(可觀測的宇宙)范圍之外還存在著無窮多個(gè)“可能世界”。他認(rèn)為世界由無限的單子組合而成,單子之間沒有因果關(guān)系,而是某種前定的和諧關(guān)系,單子雖然各自獨(dú)立,但它們之間有品極高低的差異。萊布尼茲把某個(gè)現(xiàn)實(shí)事件的出現(xiàn),例如,具體的人,闡釋為許多單子組合的結(jié)果,各種不同的組合的結(jié)果與單子中更勝一籌的單子的主導(dǎo)作用有關(guān)。這意味著世界可以用不同的樣子,任何事件都是偶發(fā)的,甚至整個(gè)宇宙也是如此。
1957年,物理學(xué)家埃弗雷特提出了自己對量子測量問題的想法。他指出,在量子力學(xué)中,存在多個(gè)平行的世界,在每個(gè)世界中,每次量子力學(xué)測量的結(jié)果各自不同,因此不同的歷史發(fā)生在不同的平行宇宙中。多世界解釋認(rèn)為。對測量裝置的觀察,會使得測量裝置被分解為兩個(gè)。并且在這個(gè)測量鏈上,這種分解會不斷地進(jìn)行下去。伴隨著這種分解,一定有一個(gè)完全的宇宙的復(fù)制。也就是說。只要有一個(gè)量子測量發(fā)生,那么,每個(gè)宇宙分支,以及這個(gè)分支中的分量就會導(dǎo)致一個(gè)可能的測量結(jié)果。每個(gè)處在特殊宇宙分支中的人都會認(rèn)為,他的測量結(jié)果和所處的宇宙是唯一存在的。也就是說,一次測量產(chǎn)生了一次新的宇宙。這些各自不同的新宇宙,除非完全相同,否則絕無重合的可能……這一理論的發(fā)表,標(biāo)志著平行宇宙概念的正式提出。
美國麻省理工學(xué)院的宇宙學(xué)家馬克斯.泰馬克(gmark)熱衷于研究平行宇宙,
他說道:“對于我來說最有意思的問題不是平行宇宙是否存在。而是到底有多少種平行宇宙。”在2003年的《科學(xué)美國人》雜志里,有一篇由他所寫的關(guān)于平行宇宙的專文,文中他將平行宇宙分成四類。
第一層:視界之外
如果空間是無限的,而且物質(zhì)分布在大尺寸上是足夠均勻的,那么即使最不可能發(fā)生的事情也必然發(fā)生在某處。特別地。應(yīng)該存在無限多有人的行星,而且包括不是一個(gè)而是無限多和你一樣的外表、姓名、記憶的人。無限多和我們可觀測宇宙大小一樣的區(qū)域確實(shí)存在,在那里任何可能的宇宙歷史都會實(shí)際存在。這就是第一層平行宇宙。
也許這些推斷看上去都很瘋狂,而且違反直覺,但這個(gè)空間無限大的宇宙學(xué)模型確實(shí)是市場上最簡單也是最流行的。它是宇宙學(xué)和諧模型的一部分,與所有觀測證據(jù)一致,而且被用作天文學(xué)會議大部分計(jì)算和模擬的基礎(chǔ)。相反、分形宇宙、封閉宇宙、多連通宇宙倒是受到了很多觀測的挑戰(zhàn)。
但是第一層平行宇宙的觀點(diǎn)。曾經(jīng)也是有過爭議的(事實(shí)上,梵蒂岡教廷就曾把上述觀點(diǎn)看作異端邪說,并以其為理由之一,于1600年在火刑柱上燒死了布魯諾),所以讓我們來回顧一下這兩種假設(shè)(無限空間和“足夠均勻”的分布)的地位。
空間有多大?從觀測來看,我們宇宙大小的下限已經(jīng)戲劇性地增長了很多。并且沒有停下來的跡象。我們都接受這樣的事實(shí),即我們暫時(shí)看不見,但經(jīng)過移動或等待后可以看見的事物是存在的,例如地平線之下的船只。宇宙視界之外的物體也一樣,隨著更遠(yuǎn)的光花更多的時(shí)間到達(dá)我們這里??捎^測宇宙的半徑每年都擴(kuò)大一光年。既然我們都在學(xué)校學(xué)過簡單的歐幾里得空間,所以很難想象空間不是無限的——誰能想象某處插著幾塊牌子,上書“空間到此結(jié)束,當(dāng)心下面的溝”?但愛因斯坦的引力理論允許空間是有限的,只要是以不同歐幾里得空間的方式相連,例如四維球或一個(gè)甜甜圈的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),從而使朝一個(gè)方向的旅行最終可以把你帶到相反方向。
宇宙微波背景輻射可以用來細(xì)致檢驗(yàn)這樣的有限模型,但至今還沒有給出任何支持——平坦的無限模型非常符合觀測數(shù)據(jù),而空間彎曲和多連通拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的模型都有很強(qiáng)的限制。而且,空間無限宇宙是暴脹宇宙理論的直接預(yù)言。下面所列出的暴脹理論的巨大成功進(jìn)一步支持了空間就是像我們在學(xué)校里學(xué)的一樣簡單而無限。
從20世紀(jì)20年代起,許多物理學(xué)家都為量子力學(xué)提出了不同的“詮釋”,目的是為測量問題提供一個(gè)可靠的解釋,并能讓我們理解波函數(shù)的坍縮。我們知道,在量子力學(xué)中,微觀粒子的狀態(tài)用波函數(shù)()來描述。當(dāng)微觀粒子處于某一狀態(tài)時(shí),它的力學(xué)量(如坐標(biāo)、動量、角動量、能量等)一般不具有確定的數(shù)值,而具有一系列可能值,每個(gè)可能值以一定的概率出現(xiàn)(宏觀物體處于某一狀態(tài)時(shí),它的力學(xué)量具有確定的數(shù)值)。也就是說,微觀粒子的運(yùn)動具有不確定性和概率性。波函數(shù)就能描述微觀粒子在空間分布的概率。
物理學(xué)中著名的“單電子雙縫干涉”實(shí)驗(yàn)正是微觀粒子運(yùn)動不確定性和隨機(jī)性的體現(xiàn)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中,單電子通過雙縫后竟然發(fā)生了干涉。在經(jīng)典力學(xué)看來,電子在同一時(shí)刻只能通過一條縫,它不可能同時(shí)通過兩條縫并發(fā)生干涉;而根據(jù)量子力學(xué),電子的運(yùn)動狀態(tài)是以波函數(shù)形式存在,電子有可能在同一時(shí)刻既通過這條狹縫,又通過那條狹縫,并發(fā)生干涉。但是,當(dāng)我們試圖通過儀器測定電子究竟通過了哪條縫時(shí),我們永遠(yuǎn)只會在其中的一處發(fā)現(xiàn)電子。兩個(gè)儀器也不會同時(shí)偵測到電子,電子每次只能通過一條狹縫。這看起來好像是測量者的觀測行為改變了電子的運(yùn)動狀態(tài),這種反常的現(xiàn)象又作何解釋呢?物理學(xué)家玻爾提出了著名的“哥本哈根解釋”:當(dāng)我們未觀測時(shí),電子在兩條縫位置都有存在的概率;但是,一旦你測量了,比如說測得該電子在左縫位置,電子有了準(zhǔn)確的位置,它在該點(diǎn)的概率為1,其他點(diǎn)的概率為0。也就是說,該電子的波函數(shù)在你測量的瞬間“塌縮”到了該點(diǎn)。
玻爾把觀察者及其意識引入了量子力學(xué),使其與微觀粒子的運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生關(guān)系。但觀察者和“塌縮”的解釋并不十分清晰和令人信服,也受到了很多科學(xué)家的質(zhì)疑。例如,塌縮是如何發(fā)生的?是在一瞬間就發(fā)生,還是要等到光子進(jìn)入我們的眼睛并在視網(wǎng)膜上激起電脈沖信號后才開始?
那么,有沒有辦法繞過這所謂的“塌縮”和“觀測者”,從本應(yīng)研究客觀規(guī)律的物理學(xué)中剔除觀察者的主觀成分?
埃弗雷特由此提出了一個(gè)大膽的想法:如果波函數(shù)沒有“塌縮”,則它必定保持線性增加。也就是說,上述實(shí)驗(yàn)中電子即使再觀測后仍然處在左/右狹縫的疊加狀態(tài)。埃弗雷特由此進(jìn)一步提出:我們的世界也是疊加的!當(dāng)電子穿過雙縫后,處于疊加態(tài)的不僅僅是電子,還包括我們整個(gè)的世界。也就是說,當(dāng)電子經(jīng)過雙縫后,出現(xiàn)了兩個(gè)疊加在一起的世界,在其中的一個(gè)世界里電子穿過了左邊的狹縫,而在另一個(gè)世界里,電子則通過了右邊的狹縫。這樣,波函數(shù)就無需“塌縮”,去隨機(jī)選擇左還是右,因?yàn)樗憩F(xiàn)為兩個(gè)世界的疊加:生活在一個(gè)世界中的人們發(fā)現(xiàn)在他們那里電子通過了左邊的狹縫,而在另一個(gè)世界中,人們觀察到的電子則在右邊。以“薛定諤的貓”來說,埃弗雷特指出兩只貓都是真實(shí)的。有一只活貓,有一只死貓,但它們位于不同的世界中。問題并不在于盒子中的發(fā)射性原子是否衰變,而在于它既衰變又不衰變。當(dāng)觀測者向盒子里看時(shí),整個(gè)世界分裂成它自己的兩個(gè)版本。這兩個(gè)版本在其余的各個(gè)方面是完全相同的。唯一的區(qū)別在于其中一個(gè)版本中,原子衰變了,貓死了;而在另一個(gè)版本中,原子沒有衰變,貓還活著。前述所說的“原子衰變了,貓死了;原子沒有衰變,貓還活著”這兩個(gè)世界將完全相互獨(dú)立平行地演變下去,就像兩個(gè)平行的世界一樣。量子過程造成了“兩個(gè)世界”,這就是埃弗雷特前衛(wèi)的“多世界解釋”。