36 宇宙

阿曼达·格夫特（Amanda Gefter）

科学作家，《新科学家》（New Scientist）杂志顾问，著有《非法踏入爱因斯坦的草坪》（Trespassing on Einstein’s Lawn）。

自古以来物理学就有嘲弄人类最基本的直觉。爱因斯坦的相对论推翻了绝对时空的理念，量子力学又几乎把其他所有的事情都颠覆了。幸好，熬过了这一切，还有一个理念一直执拗地站在那儿——宇宙。

的确，多少年来，我们对于宇宙的认知一直在不断地向前推进——动荡不安的历史，诞生之初的暴胀，持续加速的膨胀。我们的宇宙居然还降格到了只是被那个名为“事件视界”（event horizon）的东西隔开的多重宇宙中的一个。而且我们还牢牢抓住这个念头不放手：我们住在银河系，我们共居于宇宙大家庭的一角，我们享有单一的时空。

不过也别高兴得太早。近年来，“单一共享时空”这个理念已经又一次把物理学禁锢在悖论里了。从20世纪70年代史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）的那本惊世之作起，有些不对头的迹象就悄然而生了：黑洞源源不断地向外辐射、蒸发；据说一些量子信息也随之消失在宇宙中了。然而，量子力学又宣称，信息本身永远不会丢失。

这可是个大麻烦。受到相对论的限制，信息传播的速度不能超过光速，一旦信息落入了黑洞就再也出不来了。所以，保留这些信息的唯一办法就是别让它掉进黑洞里面去。由于宇宙在加速膨胀，这对一个黑洞以外的观测者来说没什么大不了的。从霍金的角度来看，相对论效应使得信息在传播到黑洞附近时扭曲并速度变慢，还没等穿越黑洞视界就在霍金辐射里灰飞烟灭了。可是，对一个陷入黑洞、处于惯性下落状态的观察者来说，事情就大不一样了，承蒙爱因斯坦的等效原理，他在通过视界时不会觉察到任何怪异的相对论效应或者霍金辐射现象。在这种情况下，如果信息并没有进入黑洞，那相对论就解释不通了。换个说法，为了让所有的物理学定律都愉快地活下去，那只有一条路子：信息有两份，一份仍待在黑洞外，另一份克隆体则一头扎进黑洞里。但是量子力学是不允许克隆的。

斯坦福大学的李奥纳特·苏士侃（Leonard Susskind）最终解决了这个信息丢失的悖论，他说我们必须恪守“要么描述黑洞视界之内的时空，要么描述黑洞视界之外的时空”这个原则。任何一种描述都是具备一致性的。可当你试图同时描述黑洞内外的时候，物理学就拿你不依不饶了。“视界互补性”教导我们说，黑洞内外是两个宇宙，并非一体，不能相提并论。

“视界互补性”学说让悖论消停了下来，可到了去年，物理学界又被另一个更折磨人的“火墙悖论”搅得鸡犬不宁。假设有两个观察者，携带着同一比特的相反信息，矛盾就发生在两位观察者都位于视界以外，本来要进黑洞的那位还没有掉进去呢。也就是说，两位观察者还在同一宇宙中。

物理学家们开始思索，是否可以把接受所谓“强互补性”作为“火墙悖论”的最好解释。也就是说，我们对宇宙的描述不仅仅局限在由视界分割开的时空区域里面，还要局限在每一位观察者的坐标系统（参考系）里面，不管这些观察者身在何处，每一位观察者都“自带”一个宇宙。

一般意义上的视界互补性原理已经严重削弱了多重宇宙的可能性。想想看吧，当你说到一个视界、两个宇宙的时候，已有的物理学就已经很难解释了。那么当说到无穷个视界、无穷个宇宙的时候，物理学岂不是没有活路了！而强互补性原理则会削弱单一、共享宇宙的可能性。乍一看，强互补性就是某种意义上的多重宇宙，其实并不尽然。观察者可以有很多，每个观察者的宇宙都可以多姿多彩，但只要你不想冒物理规律之大不韪，你一次就只能拿一个宇宙说事。这就是宇宙的唯我主义。

让“宇宙”这个概念“早退”的想法的确挺激进的，如果真的这么做，最好在科学上有实实在在的好处。我相信这并不是哗众取宠。或许，这可以将某些让科学家心中惴惴不安的、看似偶然、实则必然的事实搞个水落石出。例如在宇宙背景微波测量结果中发现，在四极矩偏低、大于60度的尺度下，宇宙背景温度几乎没有波动。这恰好和人类能够观测到的宇宙的尺度精确一致。看起来就像是“真相”在运行到一个观测者的时空边缘时，戛然而止一样。

尤为重要的是，我们可以借此对量子力学有更佳的理解。量子力学允许物体游离在相互排斥的量子叠加状态，就好比光子要么通过此条、要么通过那条狭缝衍射，或者就像一只猫同时处于生死之间。到了这个地步，布尔逻辑（Boolean logic）就没有用武之地了，排中律也斯文扫地。更妙的是，一旦我们真的观察到了什么现象，倏忽之间这种量子叠加状态就消失了。只有一个事实，或者说是奇迹，留给了我们。

而如果不去考虑宇宙的概念的话，上述的一切就都顺理成章得多了。毕竟，所谓量子叠加都只是不同的参照系的叠加而已。只要参照系是唯一的，不管什么动物，其命运都是唯一的。猫之所以既生又死，只是因为一个不恰当的前提：你想把多个参照系拼接起来，而你又认为这些参照系是同一个宇宙的一部分。

物理学家们还在孜孜不倦地推动量子引力理论的发展，在这个过程中，抛弃宇宙这个概念，本身就能带来一些启示。例如，如果每一个观察者都有其自身的宇宙，那么每个人也将拥有独一无二的希尔伯特空间、宇宙视界，以及由此而形成的对这个宇宙的全息印象。只需要量子引力理论能够提供一系列的相容性条件，而这些条件在不同的观察者之间都是可实测、可关联的，就可以描述这一切了。

物理学总是能发现一些奇怪的真相，接受真相、修正直觉，说起来容易做起来难。所谓一个单一的、共享的宇宙是不存在的，而是我有我的宇宙，你有你的宇宙。认识到这一点，也许我们就见怪不怪了。