很容易设想出其他宇宙,它们受略微不同的物理定律支配,其中不可能出现智慧生命,甚至不可能出现任何有组织的复杂系统。因此,我们是否应该对存在一个我们能够生存的宇宙感到惊讶?
包括我在内的物理学家都想知道这个问题尝试回答几十年来,我们一直在努力寻找答案。但事实证明,这很困难。尽管我们可以自信地将宇宙历史追溯到大爆炸后一秒,但之前发生的事情很难判断。我们的加速器根本无法产生足够的能量来复制第一纳秒的极端条件。
但我们预计,正是在那最初的那一瞬间,宇宙的主要特征就已经被印刻下来。
宇宙的状况可以通过它的来描述吗?基本常数? ? 自然界中的固定量,如引力常数(称为 G)或光速(称为 C)。其中约有 30 个常数代表粒子质量、力或宇宙膨胀等参数的大小和强度。但我们的理论并没有解释这些常数应该具有什么值。相反,我们必须测量它们并将其值代入我们的方程式中,才能准确描述自然。
这些常数的值处于允许恒星、行星、碳以及最终人类等复杂系统进化的范围内。物理学家已发现如果我们对这些参数进行哪怕几个百分点的调整,我们的宇宙都会变得毫无生机。因此,生命存在的事实需要一些解释。
有人认为这只是一个幸运的巧合。然而,另一种解释是,我们生活在一个多元宇宙,包含具有不同物理定律和基本常数值的域。大多数可能完全不适合生命存在。但从统计学上讲,有些应该是适合生命存在的。
革命即将来临?
物理现实的范围是什么?我们相信它比天文学家可以观察到的范围更广,即使在理论上也是如此。那个范围肯定是有限的。这本质上是因为,就像在海洋上一样,那里有地平线我们无法看到更远的地方。正如我们不认为海洋会在我们的地平线之外停止一样,我们预计星系会超出我们可观测宇宙的极限。在我们加速膨胀的宇宙中,我们遥远的后代也将永远无法观察到它们。
大多数物理学家都同意,有些星系是我们永远无法看见的,而且这些星系的数量比我们能观察到的星系要多。如果它们延伸得足够远,那么我们所能想象到的一切事情都可能一再重复。在遥远的地平线之外,我们所有人都可能拥有化身。
这个巨大(且大部分不可观测)的领域将是“我们的”大爆炸的后果,并且可能受制于我们可观测到的宇宙部分中盛行的相同物理定律。但我们的大爆炸是唯一的大爆炸吗?
这通货膨胀理论这表明,早期宇宙经历了一个时期,每万亿分之一万亿分之一秒,宇宙的体积就会增加一倍,这是真正的观察支持它解释了为什么宇宙如此巨大而平滑,除了波动和涟漪,它们是星系形成的“种子”。
但物理学家包括安德烈·林德 已经证明根据对这个古老时代不确定的物理学的一些具体但合理的假设,将会发生“永恒”的大爆炸——每次都会产生一个新的宇宙。
弦理论试图将引力与微观物理定律统一起来,它推测宇宙中的一切都是由微小的振动弦组成的。但它假设宇宙中还存在比我们所经历的更多的维度。它表明,这些额外的维度被紧密地压缩在一起,以至于我们无法注意到它们。每种类型的压缩都可能创造出具有不同微观物理的宇宙——因此,当其他大爆炸冷却下来时,它们可能受不同定律的支配。
因此,从更宏大的视角来看,“自然法则”可能是管理我们自己宇宙空间的局部附则。

如果物理现实是这样的,那么就有真正的动机去探索“反事实”宇宙——具有不同重力、不同物理等等的地方——去探索什么范围或参数会让复杂性出现,以及什么会导致贫瘠或“死胎”的宇宙。令人兴奋的是,这项工作正在进行中,最近的研究这表明你可以想象出比我们自己的宇宙更适合生命存在的宇宙。然而,大多数物理常数的“调整”都会导致宇宙夭折。
尽管如此,一些不喜欢多元宇宙的概念他们担心,这将使人们希望通过基本理论来解释常数变得毫无意义,开普勒的命理探索将行星轨道与嵌套的柏拉图立体联系起来。
但我们的偏好与物理现实的实际情况无关——因此我们当然应该对即将发生的宇宙大革命的可能性持开放态度。首先,我们认识到哥白尼认为地球不是太阳系的中心——它围绕太阳旋转。然后我们意识到我们的银河系中有无数的行星系统,我们可观测的宇宙中有无数的星系。
那么,我们的可观测领域(实际上是我们的宇宙大爆炸)是否可能只是一个更大、可能更加多样化的整体中的一小部分呢?
物理学还是形而上学?
我们如何知道我们的宇宙有多么不典型?要回答这个问题,我们需要计算出每个常数组合的概率。而这是一个我们目前无法解决的难题——它必须等待巨大的理论进步。
我们最终不知道是否还有其他大爆炸。但它们不仅仅是形而上学。也许有一天我们会有理由相信它们存在。
具体来说,如果我们有一个理论可以描述极早期大爆炸极端条件下的物理,并且该理论已经通过其他方式得到证实,例如通过推导出粒子物理标准模型中一些无法解释的参数,那么如果它预测了多次大爆炸,我们就应该认真对待。
批评者有时会认为多元宇宙不科学,因为我们永远无法观察到其他宇宙。但我不同意。我们无法观察黑洞的内部,但我们相信物理学家罗杰·彭罗斯讲述了那里发生的事情?他的理论因与我们观察到的许多事物相吻合而获得了可信度。
大约 15 年前,我在斯坦福大学参加了一个小组讨论,我们被问到我们对多元宇宙概念的重视程度如何?在“你会拿你的金鱼、你的狗还是你的生命来打赌”的尺度上。我说我几乎和狗一样重视。林德说他几乎拿自己的生命来打赌。后来,当物理学家被告知这件事时史蒂文·温伯格称他“愿意用马丁·里斯的狗和安德烈·林德的生命打赌”。
可悲的是,我怀疑在我们知道答案之前,林德、我的狗和我都会死掉。
事实上,我们甚至不能确定我们是否理解了答案——就像量子理论对猴子来说太难一样。可以想象,机器智能可以探索一些弦理论的几何复杂性,并得出一些通用特征,例如标准模型的一些通用特征。然后,我们就会对该理论充满信心,并认真对待其其他预测。
但我们永远不会有“啊哈”顿悟时刻,而这对于理论家来说是最大的满足。物理现实的最深层次可能如此深奥,以至于它的阐释必须等待后人类物种——这可能令人沮丧或兴奋,这取决于个人品味。但这并不是将多元宇宙视为不科学的理由。