在一个加利福尼亚州帕洛阿尔托温和的夏日午后，一个崇高而宇宙级的谜团正在展开，我来这里是为了与富有远见的物理学家安德烈·林德交谈。这一天看起来再平常不过了。骑自行车的人穿梭于车流中，橙色的虞美人花在林德位于斯坦福大学校园办公室附近干燥的棕色山丘上盛开。但这里的一切，包括经过八分钟从太阳发出的光子照亮场景，都证明了宇宙的一个非凡事实：它的基本属性出奇地适合生命。只要以任何方式调整物理定律——至少在这个宇宙中——我们所知的生命就不会存在。
只考虑两种可能的变化。原子由质子、中子和电子组成。如果这些质子的质量比实际大0.2%，它们就会不稳定并衰变为更简单的粒子。原子将不复存在；我们也将不复存在。如果引力稍强，后果将同样严重。增强的引力会更紧密地压缩恒星，使它们更小、更热、更致密。恒星不会存在数十亿年，而是在几百万年内耗尽燃料，在生命有机会进化之前就熄灭了。宇宙中存在许多这样有利于生命的属性——事实上，如此之多，以至于物理学家无法将它们都视为纯粹的巧合。
“我们有很多非常非常奇怪的巧合，所有这些巧合都使得生命成为可能，”林德说。
物理学家不喜欢巧合。他们更不喜欢生命在某种程度上是宇宙核心的观念，然而最近的发现迫使他们面对这个想法。生命似乎不是宇宙的一个偶然组成部分，不是在一个孤独的星球上随机化学混合物中突然出现，然后在宇宙时钟的短暂几秒中存在。从某种奇怪的意义上说，我们似乎不是适应宇宙；而是宇宙适应了我们。
称之为侥幸、谜团、奇迹。或者称之为物理学中最大的问题。除了援引一位仁慈的创造者之外，许多物理学家只看到一种可能的解释：我们的宇宙可能只是一个难以想象的广阔多重宇宙中无数宇宙中的一个。这些宇宙中的大多数都是贫瘠的，但有些，就像我们的一样，拥有适合生命的条件。
这个想法充满争议。批评者认为它甚至不具备科学理论的资格，因为其他宇宙的存在无法被证明或证伪。支持者则认为，无论喜欢与否，多重宇宙很可能是对所谓“精细调整问题”唯一可行的非宗教解释——这个令人费解的观察是，宇宙定律似乎是为有利于生命的出现而量身定制的。
“对我来说，许多宇宙的现实是一种逻辑可能性，”林德说。“你可能会说，‘也许这是一些神秘的巧合。也许上帝为了我们的利益创造了宇宙。’嗯，我不知道上帝，但宇宙本身可能会以所有可能的表现形式永恒地复制自己。”
挑战哥白尼 林德正躺在床上，从一次糟糕的自行车摔倒中恢复过来，他的左手腕骨折了。他打着石膏的左手放在枕头上。林德体格健壮，浓密的灰发垂在额头前；你不会轻易把他看作一个大部分时间都在思考遥远宇宙的人。现在他正忽略自己的伤势，滔滔不绝地列举着让生命成为可能的一些宇宙巧合。
“如果我们把电子的质量增加一倍，我们所知的生命就会消失。如果我们改变质子和电子之间的相互作用强度，生命就会消失。为什么有三个空间维度和一个时间维度？如果我们有四个空间维度和一个时间维度，那么行星系统就会不稳定，我们这种形式的生命就不可能存在。如果我们有两个空间维度和一个时间维度，我们就不会存在，”他说。
宇宙是为我们而存在的想法——被称为人择原理——于1973年首次亮相，当时剑桥大学的物理学家布兰登·卡特在波兰的一次会议上发表讲话，纪念16世纪的天文学家哥白尼，哥白尼曾提出太阳而非地球是宇宙的中心。卡特提出，纯粹随机的定律组合将使宇宙死寂黑暗，而生命限制了物理常数所能拥有的值。通过将生命置于宇宙的聚光灯下——而且是在一个致力于哥白尼的会议上——卡特公然挑战了近500年前由这位波兰天文学家将地球和人类从宏大图景的中心地位移开所开创的科学世界观。
卡特提出了人择原理的两种解释。“弱”人择原理简单地说，我们生活在宇宙中一个生命可能存在的特殊时间和地点。在恒星形成之前的早期宇宙中，生命不可能存活下来，所以宇宙必须达到一定的年龄和演化阶段，生命才能出现。
“强”人择原理则提出了一个更为大胆的论断。它声称物理定律本身就偏向于生命。引用普林斯顿高等研究院著名物理学家弗里曼·戴森的话，“强人择原理暗示‘宇宙知道我们即将来临’。”
狂热的繁荣 人择原理在科学边缘徘徊多年。物理学家认为它是一个有趣的想法，但该领域的真正进展在其他地方。在20世纪70年代后期，当时莫斯科著名的列别捷夫物理研究所教授林德正处于这场行动的中心。当时，他对人择原理根本不感兴趣；他试图理解大爆炸的物理学。林德和其他研究人员知道，传统的大爆炸理论缺少一些东西，因为它无法解释宇宙的一个关键难题：它惊人的均匀性。
令人震惊的是，宇宙空间的温度到处都一样，比绝对零度高出仅仅2.7摄氏度。宇宙中相距如此巨大距离的不同区域，是如何都达到相同温度的呢？
在标准的大爆炸版本中，它们不可能。宇宙自大爆炸火球中诞生以来一直在冷却。但问题在于：要让所有区域达到相同的温度，宇宙的不同区域就必须交换热量，就像冰块和热茶必须混合才能达到冰茶的均匀温度一样。但正如爱因斯坦所证明的，任何东西——包括热量——都不能比光速快。在传统的大爆炸理论中，自宇宙诞生以来，宇宙的每个部分都没有足够的时间与其他部分连接并冷却到相同的温度。
麻省理工学院物理学家艾伦·古斯在1981年找到了一个可行但有缺陷的解决方案。此后不久，林德加固了这项工作，进行了改进以克服这些缺陷。简而言之，古斯和林德提出宇宙在存在的最初瞬间经历了巨大的增长爆发，这种现象称为暴胀。如今被广泛接受为大爆炸理论的标准版本，暴胀认为，宇宙中目前相距数十亿光年的区域曾足够接近，可以交换热量并达到相同温度，然后才被急剧放大。问题解决了。
到了20世纪80年代中期，林德和塔夫茨大学物理学家亚历克斯·维连金提出了一个引人注目的新观点，其争议性至今几乎与当年一样大。他们认为暴胀并非一次性事件，而是贯穿宇宙的持续过程，即使现在，宇宙的不同区域仍在不断萌芽、经历暴胀并演化成本质上独立的宇宙。同样的进程将在每个新宇宙中依次发生，林德称之为永恒混沌暴胀。
在过去的20年里，林德花了大量时间完善这个想法，表明每个新宇宙的物理定律可能与我们自己的宇宙完全不同。他的理论的最新版本为人类学原理提供了一个自然的解释。如果有大量的其他宇宙，都具有不同的属性，那么纯粹从概率上讲，其中至少有一个应该具有适当的条件组合，以产生恒星、行星和生命。
“在其他一些宇宙中，那里的人们会看到不同的物理定律，”林德说。“他们不会看到我们的宇宙。他们只会看到自己的宇宙。他们会环顾四周说，‘这是我们的宇宙，我们必须构建一个理论，它能独特地预测我们的宇宙必须是我们所看到的样子，否则它就不是一个完整的物理学。’嗯，这将是一个错误的路线，因为他们是偶然存在于那个宇宙中的。”
大多数物理学家表示反对。没有充分的理由相信其他宇宙的真实存在——至少在新千年伊始之前，天文学家做出了科学史上最显著的发现之一。
加速膨胀的宇宙 1998年，两组研究人员观测遥远的超新星——爆炸的恒星——发现宇宙的膨胀正在加速。这一发现令人费解。几乎所有人都曾预期，始于大爆炸的宇宙膨胀，必将因所有星系和其他物质的集体引力作用而逐渐减速。然而，似乎在空间的基本结构中，存在某种未知的能量形式——物理学家简单地称之为暗能量——它正在将一切推开。许多宇宙学家最初持怀疑态度，但随后哈勃太空望远镜的观测，以及对大爆炸时期遗留辐射的独立研究，有力地证实了暗能量的真实性。
空旷空间可能包含能量这一想法并没有让物理学家感到惊讶。自20世纪20年代量子力学诞生以来，他们就知道无数“虚拟”粒子在我们周围不断出现和消失，这是一种量子白噪声，永远存在但我们永远无法察觉。令他们震惊的是其数量的特殊性：恰好足以加速膨胀，但又不足以让宇宙迅速撕裂自身。可观测到的暗能量似乎是另一种奇怪的人择属性，其数值经过校准，以允许行星、恒星以及我们自身的存在。
“如果[暗能量]再大一点，它产生的排斥力就足以压倒将星系、恒星和地球聚集在一起的引力，”斯坦福大学物理学家伦纳德·萨斯坎德说。“这是物理学中最大的谜团之一。我们只知道，如果它大得多，我们就不会在这里提问了。”
诺贝尔奖得主、德克萨斯大学物理学家史蒂文·温伯格对此表示同意。“这是唯一的精细调整，似乎是极端而遥远的，远超你想象中仅仅接受为偶然事件的范围，”他说。
弦理论中的多重宇宙 暗能量使得多重宇宙理论无法被忽视。物理学的另一个分支——弦理论——也为此提供了支持。尽管弦理论的实验证据仍然缺乏，但许多物理学家认为它是他们对万物理论的最佳候选者，是对宇宙从夸克到类星体的全面描述。根据弦理论，物理现实的最终构成并非粒子，而是微小的振动弦，它们不同的振动产生了宇宙中所有的粒子和力。尽管弦理论极其复杂，需要总共11个维度才能正确运作，但它是一种在数学上令人信服的方式，可以将所有已知的物理定律统一起来。
然而，在2000年，新的理论工作威胁要瓦解弦理论。加州大学圣巴巴拉分校的乔·波尔钦斯基和加州大学伯克利分校的拉斐尔·布索计算出，弦理论的基本方程有天文数字般多的不同可能解，可能多达10^1,000*个。每个解都代表一种描述宇宙的独特方式。这意味着几乎任何实验结果都与弦理论一致；该理论永远无法被证明是正确还是错误。
一些批评者认为，这一认识注定了弦理论作为一项科学事业的命运。另一些人则坚持认为，这恰恰是多重宇宙真实存在的又一个线索。萨斯坎德是这种解释的主要支持者，他认为弦理论的各种版本可能描述了都是真实的、不同的宇宙。他相信人择原理、多重宇宙和弦理论正在融合，形成一种连贯但异常奇特的新观点，即我们的宇宙只是众多宇宙中的一个——而且恰好诞生了适合我们这种生命的物理法则。
“有些人会称之为弦理论的巨大灾难，因为它没有产生一个单一的理论，而是产生了如此多样化以至于我们永远无法理解的东西，”萨斯坎德说。“另一些人会说，‘啊，这正是我们永恒暴胀、多重宇宙、人择思想等等所需要的。’”
*更正：由于格式错误，此数字最初显示为“101,000”。
证明它 林德最近的研究有助于巩固弦理论与多重宇宙之间的联系。一些物理学家长期以来一直认同弦理论的额外维度在塑造永恒混沌暴胀期间产生的新宇宙属性方面发挥着关键作用。这个概念认为，当一个新宇宙从其母体萌芽时，弦理论预测的空间维度中只有三个会膨胀成巨大的、成熟的、可居住的空间。其他空间维度将基本保持不可见——但 nonetheless 会影响宇宙的形式。林德和他的同事们弄清楚了不可见维度是如何保持紧凑的，并提出了数十亿种排列组合，每种都产生一个独特的宇宙。
林德的观点可能使多重宇宙的概念更具合理性，但它们并不能证明其他宇宙真的存在。巨大的挑战在于思考一种方法来证实其他宇宙的存在，因为所有可想象的实验或观测都必须局限于我们自己的宇宙。如果其他宇宙永远无法被探测到，谈论它们还有意义吗？
我向剑桥大学天体物理学家马丁·里斯，即英国皇家天文学家，提出了这个问题。我们在他在三一学院的住所会面，房间位于一个精心修剪的庭院西侧，正对着艾萨克·牛顿曾经办公的房间。
里斯是林德思想的早期支持者，他同意直接观测其他宇宙可能永远不可能，但他认为科学家仍有可能为它们的存在提供令人信服的证据。为此，他说，物理学家需要一个多重宇宙理论，能够对我们自己宇宙的属性做出新的、可检验的预测。里斯相信，如果实验证实了这样一个理论对我们能看到的宇宙的预测，它们也将为我们看不到的宇宙的真实性提供强有力的证据。弦理论仍在不断发展中，但它可能构成里斯心中那种理论的基础。
他说：“如果一个理论通过解释物理世界中以前无法解释的特征而获得可信度，那么我们就应该认真对待它进一步的预测，即使这些预测不能直接检验。”“五十年前，我们都认为大爆炸理论是非常推测性的。现在，大爆炸从一毫秒开始的理论，就像关于地球早期历史的任何事情一样，都得到了很好的证实。”
弦理论和多重宇宙的可信度可能在未来一两年内得到提升，届时物理学家将开始分析来自大型强子对撞机的结果，这座耗资80亿美元的新粒子加速器建在瑞士-法国边境。如果弦理论是正确的，对撞机应该会产生大量新粒子。甚至还有很小的可能性，它可能会发现弦理论神秘额外维度的证据。“如果你测量到一些证实弦理论某些细节的东西，那么你就有了多重宇宙的间接证据，”伦敦玛丽女王大学宇宙学家伯纳德·卡尔说。
对多重宇宙的支持也可能来自即将进行的一些太空任务。萨斯坎德说，欧洲航天局的普朗克卫星（计划于明年初发射）有可能提供帮助。一些多重宇宙模型预测，我们的宇宙必须具有特定的几何形状，这种形状会以特定的方式弯曲光线的路径，而这可能可以通过普朗克卫星探测到，该卫星将分析大爆炸遗留的辐射。如果普朗克卫星的观测结果与预测相符，那将暗示多重宇宙的存在。
当我问林德物理学家是否能最终证明多重宇宙是真实存在时，他给出了一个简单的答案。“没有其他任何东西符合这些数据，”他告诉我。“我们对暗能量没有其他解释；我们对电子质量的微小没有其他解释；我们对粒子的许多属性也没有其他解释。”
“我想说的是，用开放的心态看待它。这些都是实验事实，而这些事实符合一个理论：多重宇宙理论。到目前为止，它们不符合任何其他理论。我并不是说这些属性必然意味着多重宇宙理论是正确的，但你问我是否有实验证据，答案是肯定的。亚瑟·柯南·道尔说过，‘当你排除了所有不可能，无论剩下什么，即使再不可思议，也必然是真相。’”
那上帝呢？ 对许多物理学家来说，多重宇宙仍是一个无奈之举，因无法证实而被排除在外。批评者认为人择原理是倒退，是回到哥白尼五个世纪前就已证伪的以人类为中心的宇宙观。他们抱怨说，用人择原理来解释宇宙的属性，就像说船是为了让藤壶附着在上面而创造出来的一样。
“如果你允许自己假设一个几乎无限的不同世界的组合，你就能解释任何事情，”剑桥大学前理论粒子物理学家、过去26年担任英国圣公会牧师的约翰·波尔金霍恩说。如果一个理论允许任何事情都可能发生，那么它什么也解释不了；一个关于任何事物的理论与一个关于万物的理论是不一样的，他补充道。
多重宇宙理论的支持者表示，批评者站在了历史的错误一边。“纵观科学史，宇宙总是变得更大，”卡尔说。“我们从地心说发展到日心说再到银心说。然后在20世纪20年代，我们意识到我们的星系并非宇宙，这是一个巨大的转变。我只是认为这是进展中的又一步。每一次这种扩张发生时，更保守的科学家都会说，‘这不是科学。’这只是相同的过程在重复。”
如果多重宇宙是哥白尼革命的最终阶段，我们的宇宙只是无限巨型宇宙中的一粒尘埃，那么人类又该如何定位？如果我们的宇宙对生命友好的精细调整只是一个偶然事件，是无数宇宙中不可避免地出现的事情，那么是否还需要一个精细的调整者——一个神呢？
温伯格说：“我并不认为多重宇宙的观念会摧毁一个智能仁慈的造物主存在的可能性。它只是消除了一个支持这种观念的论据，就像达尔文的进化论使得我们不再需要援引一位仁慈的设计者来理解生命是如何发展出如此卓越的生存和繁衍能力一样。”
另一方面，如果没有多重宇宙，物理学家该何去何从呢？卡尔说：“如果只有一个宇宙，你可能不得不接受一个精调者。如果你不想要上帝，你最好有一个多重宇宙。”
至于林德，他对意识的奥秘特别感兴趣，并推测意识可能是宇宙的一个基本组成部分，就像空间和时间一样。他想知道物理宇宙、它的法则和有意识的观察者是否能形成一个整合的整体。他说，对现实的完整描述可能需要这三个组成部分，他认为它们是同时出现的。“如果没有人观察宇宙，”他说，“宇宙实际上是死的。”
然而，尽管林德大胆无畏，当我问他是否真的相信多重宇宙理论有一天会像牛顿引力定律和大爆炸理论一样得到证实时，他犹豫了。“我不想预测未来，”他回答道。“我曾预测过自己的未来。我有一个非常确定的预测。我知道我会在我工作附近的莫斯科科学院医院去世。我所有的体检都会在那里进行。有一次，我得了胃溃疡，躺在病床上，心想我知道我会在这个地方死去。为什么？因为我知道我永远会住在俄罗斯。莫斯科是俄罗斯唯一一个我可以做物理学研究的地方。这是科学院唯一的医院，等等。这完全是可预测的。”
“然后我去了美国。有一次我回到莫斯科，我看了看科学院的这家医院，它已经成了一片废墟。屋顶上长出了一棵树。我看着它，心想，你又能预测什么呢？你又能了解未来什么呢？”
宇宙巧合
如果这些宇宙特征稍微改变，我们所知的生命就将不可能存在。一些例子如下
• 像太阳这样的恒星通过将两个氢原子聚变为一个氦原子来产生能量。在这个反应中，0.007%的氢原子质量根据爱因斯坦著名的E=mc²方程转化为能量。但如果这个百分比是，比如说，0.006或0.008，宇宙将对生命远不那么友好。较低的数字会导致一个只充满氢的宇宙；较高的数字将导致一个没有氢（因此没有水）也没有像太阳这样的恒星的宇宙。
• 早期宇宙精确地平衡在失控膨胀和最终坍缩之间。如果宇宙含有更多的物质，额外的引力就会使其内爆。如果物质较少，宇宙就会膨胀得太快，无法形成星系。
• 如果宇宙中的物质分布更均匀，它就不会聚集形成星系。如果物质更聚拢，它就会凝聚成黑洞。
• 原子核通过所谓的强力结合在一起。如果这种力稍微强一点，早期宇宙中的所有质子都会配对，就不会有氢——而氢是长寿命恒星的燃料。水将不复存在，任何已知的生命形式也将不复存在。T. F.
