阿爾伯特·愛因斯坦曾說(shuō)過(guò)一句名言：“宇宙最不可理解的地方在于它是可以被理解的?！钡缃?，在宇宙是否可以被理解的、甚至宇宙是否是獨(dú)一無(wú)二這兩個(gè)問題上，我們都還遠(yuǎn)未達(dá)成共識(shí)?；A(chǔ)物理學(xué)正面臨著一場(chǎng)危機(jī)，這與兩個(gè)經(jīng)常被引用的流行概念有關(guān)，multiverse和uglyverse這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)就很能說(shuō)明問題。

多元宇宙(multiverse)的支持者主張可能存在有無(wú)數(shù)個(gè)其他宇宙，其中一些宇宙有著完全不同的物理和空間維度;而你，我和其他的一切東西都可能在這些無(wú)數(shù)的宇宙中存在著無(wú)數(shù)的副本?！岸嘣钪婵赡苁俏锢韺W(xué)中最危險(xiǎn)的概念，”南非宇宙學(xué)家喬治·埃利斯(George Ellis)說(shuō)。

從科學(xué)的早期開始，人們一旦發(fā)現(xiàn)一個(gè)不太可能的巧合，人們就會(huì)產(chǎn)生一種迫切的感覺地去解釋這種巧合，去尋找它背后隱藏的原因。舉一個(gè)現(xiàn)代的例子：物理學(xué)定律似乎被精心調(diào)整，以允許能夠發(fā)現(xiàn)這些定律的智能生命存在——這一個(gè)巧合的現(xiàn)象就很需要解釋了。

隨著多元宇宙假設(shè)的出現(xiàn)，這種情況發(fā)生了變化：雖然這不太可能是巧合，但在組成多元宇宙的無(wú)數(shù)宇宙中，這種現(xiàn)象將存在于其中某個(gè)地方。如果這個(gè)巧合現(xiàn)象似乎有利于復(fù)雜結(jié)構(gòu)、生命或意識(shí)出現(xiàn)的話，我們甚至不應(yīng)該驚訝于發(fā)現(xiàn)自己身處一個(gè)允許我們存在的宇宙當(dāng)中。但這種“人擇推理”反過(guò)來(lái)又意味著我們無(wú)法預(yù)測(cè)更多的任何事情。對(duì)于歐洲核子研究中心的物理學(xué)家來(lái)說(shuō)，尋找新粒子并沒有明顯的指導(dǎo)原則;在宇宙偶然屬性的背后，也沒有什么基本定律可以被發(fā)現(xiàn)。

另一個(gè)挑戰(zhàn)則截然不同，但同樣危險(xiǎn)：根據(jù)理論物理學(xué)家Sabine Hossenfelder的說(shuō)法，現(xiàn)代物理學(xué)被其對(duì)“美”的偏見引入歧途，產(chǎn)生了數(shù)學(xué)上非常優(yōu)雅、但與任何實(shí)驗(yàn)無(wú)關(guān)的推測(cè)幻想，她認(rèn)為物理學(xué)已經(jīng)“迷失在數(shù)學(xué)中”。但是，物理學(xué)家所謂的“美”是結(jié)構(gòu)和對(duì)稱性，如果我們不能再依賴這些概念，那么理解，和僅僅符合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的結(jié)論之間的區(qū)別就會(huì)變得模糊。

這兩項(xiàng)挑戰(zhàn)都有一定的道理?！盀槭裁醋匀环▌t要關(guān)心我認(rèn)為美的東西?”Hossenfelder公正地問道，答案是：它們不需要關(guān)心。當(dāng)然，如果自然是屬于經(jīng)典力學(xué)范疇的話，它可能是復(fù)雜的、混亂的和不可理解的;但自然不是，自然是量子力學(xué)的。經(jīng)典物理學(xué)是關(guān)于我們?nèi)粘Ｉ畹目茖W(xué)，其中的對(duì)象是可分離的個(gè)體東西，但量子力學(xué)是不同的，例如，你的汽車狀況與你妻子衣服的顏色無(wú)關(guān)。然而在量子力學(xué)中，曾經(jīng)存在因果聯(lián)系的事物會(huì)保持著相關(guān)性，愛因斯坦將其描述為“遠(yuǎn)距離的幽靈行為”，這種關(guān)聯(lián)構(gòu)成了結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)就是美。

相反，多元宇宙的假設(shè)似乎難以否認(rèn)，量子力學(xué)也似乎特別鐘情于它。透過(guò)兩個(gè)狹縫向屏幕發(fā)射單個(gè)電子，屏幕后面的檢測(cè)器上會(huì)產(chǎn)生干涉圖樣，在每種情況下，電子似乎每次都穿過(guò)兩個(gè)狹縫。

量子物理學(xué)是核爆炸、智能手機(jī)和粒子碰撞背后的科學(xué)——它以其怪異而臭名昭著，比如薛定諤的貓存在于半死半活的邊緣地帶。在量子力學(xué)中，不同的現(xiàn)實(shí)(如“這里的粒子”和“那里的粒子”或“活著的貓”和“死去的貓”)可以像湖面上的波浪一樣相互疊加。粒子可以處于“一半在這里，一半在那里”的“疊加”狀態(tài)，而對(duì)于粒子或波來(lái)說(shuō)，這種狀態(tài)會(huì)產(chǎn)生干涉圖樣。

量子力學(xué)最初是用來(lái)描述微觀世界的，但近年來(lái)，量子力學(xué)被證明可以用于解釋越來(lái)越大的物體(如果這些物體與其周圍環(huán)境的隔離程度足夠高的話)。然而不知道為什么，我們?cè)谌粘Ｉ钪兴坪醪荒荏w驗(yàn)到太多這種量子奇怪現(xiàn)象，例如沒人見過(guò)不死貓，還有只要你測(cè)量一個(gè)粒子的位置，你就會(huì)得到一個(gè)明確的結(jié)果。

一個(gè)簡(jiǎn)單的解釋假設(shè)認(rèn)為所有的這些可能都一一實(shí)現(xiàn)了，只不過(guò)是在不同的平行現(xiàn)實(shí)或“埃弗雷特分支”里——以休·埃弗雷特(Hugh Everett)的名字命名，因?yàn)樾荨ぐ８ダ滋厥状翁岢隽诉@一觀點(diǎn)，即量子力學(xué)的“多世界解釋”(many worlds interpretation)。埃弗雷特的多世界解釋實(shí)際上是多元世界的一個(gè)例子，這種多元世界解釋的例子還有另外三種，有兩個(gè)沒有那么有趣，因?yàn)槠渲幸粋€(gè)并不是真正的多元宇宙，只是我們宇宙中不同的區(qū)域，而另一個(gè)是基于高度投機(jī)的觀點(diǎn)，即物質(zhì)只是數(shù)學(xué);剩下的最后一個(gè)多元宇宙理論就是“弦理論景觀”，我們稍后再回來(lái)說(shuō)這個(gè)觀點(diǎn)。

通過(guò)訴諸量子力學(xué)來(lái)證明物理之美，我們似乎犧牲了宇宙的獨(dú)特性。但支持這一結(jié)論的是膚淺的考慮，在這個(gè)問題上通常被忽略的是：埃弗雷特的多元宇宙并不是基本的。正如南加州大學(xué)的哲學(xué)家大衛(wèi)·華萊士所堅(jiān)信的那樣，這些多元宇宙只是表面現(xiàn)象或“突現(xiàn)現(xiàn)象”。

要理解這一點(diǎn)，我們需要理解量子測(cè)量和“遠(yuǎn)距離幽靈行為”背后的原理。愛因斯坦，鮑里斯·波多爾斯基和納撒尼爾·羅森在1935年指出，這兩種現(xiàn)象背后的原理被稱為“量子糾纏”：在量子力學(xué)中，由加起來(lái)等于零的兩個(gè)“糾纏”旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)組成的一個(gè)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，也可以由一對(duì)具有相反旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)疊加組成(但每個(gè)旋轉(zhuǎn)的方向并不絕對(duì)確定)。這種糾纏是自然將部分整合成整體的方式;由于強(qiáng)相關(guān)整體系統(tǒng)的利益，組成成分的個(gè)別性質(zhì)不復(fù)存在。

當(dāng)一個(gè)量子系統(tǒng)被測(cè)量或與它的環(huán)境耦合時(shí)，量子糾纏就起著至關(guān)重要的作用：量子系統(tǒng)、觀察者和宇宙的其他部分就會(huì)相互交織在一起。從觀察者的角度來(lái)看，信息被分散到未知的環(huán)境中，一個(gè)被稱為“Decoherence”的過(guò)程也就開始了，Decoherence是經(jīng)典力學(xué)的媒介：它描述了量子系統(tǒng)與其周圍環(huán)境相互作用時(shí)量子特性的損失。Decoherence的作用就像打開了量子物理平行現(xiàn)實(shí)之間的拉鏈，從觀察者的角度看，宇宙和她自己似乎“分裂”成獨(dú)立的埃弗雷特分支。觀察者可以觀察到一只活貓或一只死貓，但在兩者之間什么都沒有。在她看來(lái)，世界是處于經(jīng)典力學(xué)范圍的，但從總體角度來(lái)看，世界仍然處于量子力學(xué)范圍內(nèi)，而其實(shí)在這個(gè)觀點(diǎn)中，就連整個(gè)宇宙也是一個(gè)量子物體。

這就是羅格斯大學(xué)(Rutgers University)哲學(xué)家喬納森·謝弗(Jonathan Schaffer)所倡導(dǎo)的“量子一元論”。謝弗仔細(xì)思考了宇宙是由什么構(gòu)成的這個(gè)問題。根據(jù)量子一元論，現(xiàn)實(shí)的基本層并不是由粒子或弦構(gòu)成的，而是宇宙本身——宇宙本身并不是一個(gè)事物總和，而是一個(gè)糾纏的量子態(tài)。

物理學(xué)家和哲學(xué)家卡爾·弗里德里希·馮·魏茨澤克(Carl Friedrich von Weizsacker)早前也表達(dá)過(guò)類似的想法：認(rèn)真研究量子力學(xué)就會(huì)預(yù)料到多元宇宙背后存在著一種獨(dú)特的、單一的量子現(xiàn)實(shí)。而宇宙微波背景的均勻性和微小溫度波動(dòng)也表明，我們觀測(cè)到的宇宙可以追溯到一種單一的量子態(tài)，這通常與引發(fā)宇宙原始膨脹的量子場(chǎng)相一致。

此外，這一結(jié)論也適用于其他多元宇宙的概念，如在“弦理論景觀”的不同山谷、和無(wú)限宇宙中突然出現(xiàn)的那些“嬰兒宇宙”里出現(xiàn)的那些不同物理定律。而因?yàn)榱孔蛹m纏的現(xiàn)象是普遍的，所以它不會(huì)在我們宇宙的邊界處停止。無(wú)論你擁有多少多元宇宙，當(dāng)你采用量子一元論時(shí)，它們都只是一個(gè)整體的一部分：在多元宇宙中的許多宇宙中，總是存在著一個(gè)更基本的現(xiàn)實(shí)層面，而這個(gè)層面是獨(dú)一無(wú)二的。

量子一元論和埃弗雷特的多世界解釋都是量子力學(xué)的嚴(yán)肅預(yù)測(cè)，這些觀點(diǎn)的區(qū)別僅僅在于其視角：從一個(gè)觀察者的視角來(lái)看，宇宙似乎有很多個(gè)“宇宙”，但從一個(gè)全局的視角來(lái)看，宇宙實(shí)際上是單一的、獨(dú)特的(比如從一個(gè)可以在外部看到整個(gè)宇宙的人的視角來(lái)看)。

換句話說(shuō)：對(duì)于一個(gè)只有有限宇宙信息的觀察者來(lái)說(shuō)，多世界解釋就是量子一元論的化身。事實(shí)上，埃弗雷特最初的動(dòng)機(jī)就是用“宇宙波函數(shù)”來(lái)研究一個(gè)可以描述整個(gè)宇宙的量子描述。這就像你從百葉窗的一條縫往外看：大自然看起來(lái)被分割成不同的部分，但這只是你個(gè)人視角的產(chǎn)物而已。

量子一元論和多世界解釋都是可以避免的，但只有在兩種情況下才會(huì)發(fā)生;一是改變量子力學(xué)的形式體系(通常都會(huì)與愛因斯坦的狹義相對(duì)論沖突);二是認(rèn)識(shí)到量子力學(xué)并不是關(guān)于自然的理論，而是知識(shí)的理論：量力力學(xué)是一個(gè)人文的概念，而不是科學(xué)。

就目前而言，量子一元論應(yīng)該被視為現(xiàn)代物理學(xué)中的一個(gè)關(guān)鍵概念：它解釋了為什么“美”(被理解為自然中明顯獨(dú)立的領(lǐng)域之間存在的結(jié)構(gòu)、關(guān)聯(lián)和對(duì)稱)不是一種“欠缺考慮的美學(xué)理想狀態(tài)”，而是單一量子狀態(tài)自然下降的結(jié)果。此外，量子一元論還消除了多元宇宙的缺陷，因?yàn)樗A(yù)測(cè)相關(guān)性不僅在一個(gè)特定的嬰兒宇宙中實(shí)現(xiàn)，而且在多元宇宙的任何一個(gè)分支中都會(huì)實(shí)現(xiàn)——比如愛因斯坦-波多爾斯基-羅森狀態(tài)中糾纏旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的相反旋轉(zhuǎn)方向。

最后，量子一元論還緩解了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)物理的危機(jī)，實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)物理依賴于越來(lái)越大的對(duì)撞機(jī)來(lái)研究越來(lái)越小的自然組成成分，因?yàn)檫@些最小的組成成分并不是現(xiàn)實(shí)的基本層面。研究量子力學(xué)的基礎(chǔ)，量子場(chǎng)論的新領(lǐng)域，或者宇宙學(xué)中最大的結(jié)構(gòu)都可能同樣有用。

這并不意味著每一個(gè)觀察到的巧合都指向物理學(xué)的基礎(chǔ)，也不意味著任何關(guān)于美的概念都應(yīng)該在自然界中實(shí)現(xiàn)——但它告訴我們，我們不應(yīng)該停止追求。因此，量子一元論有潛力拯救科學(xué)的靈魂，因?yàn)樗嘈糯嬖谝环N獨(dú)特的、可理解的基本現(xiàn)實(shí)。