理论宇宙学家并不是现代世界中风险最高的职业之一。主要的风险包括时差、咖啡因过量，以及可能的手腕隧道综合征。过去并非如此。1600年2月17日，数学家兼多明我会修士乔尔丹诺·布鲁诺被剥光衣服，在罗马街头游街示众。然后他被绑在鲜花广场的桩子上活活烧死。布鲁诺被宗教裁判所长期审判的记录已经丢失，但他的一个主要异端邪说就是宇宙论。他主张其他恒星就像我们的太阳一样，并且它们可能都支撑着充满生命的行星。当时的正统思想更倾向于认为地球和人类是独一无二的。
如今，像我这样的宇宙学家可能更安全了，但我们的想法却变得更加激进。该领域中最具争议但被广泛讨论的概念之一，类似于布鲁诺宇宙论的巨大放大版本：即我们称之为“宇宙”的东西，只是一个更大范围内的多元宇宙（或称多重宇宙）中的无数个区域之一。我自己的研究重点之一是探讨多重宇宙是否能帮助解释时间之箭。
与布鲁诺一样，宇宙学家也在远远超出观测证据所能告诉我们的范围。在布鲁诺去世时，伽利略还没有将第一架望远镜对准星星。如今，没有人能够看到已知宇宙的边界之外。事实上，如此长远的视野似乎在定义上就不可能。
天文学家所能看到的范围受到光速的令人沮丧的限制：每年一光年（约六万亿英里）。当我们望向远方时，我们是在回顾过去，而那个过去并非无限延伸。我们所看到的一切都源于137亿年前那个被称为大爆炸的热、致密状态，所以我们无法观测到137亿光年以外的任何东西。如果有什么东西远到其光线在宇宙大爆炸以来还没有足够的时间到达这里，我们就无法观测到它。
显然，我们不知道宇宙中无法观测的部分是什么样子。可以想象，整个宇宙是有限的，像球体一样封闭在自身之中。也有可能它在空间上无限延伸，但无论你走多远，它在很大程度上都保持不变。最后，有可能宇宙无限延伸，但各地的条件却千差万别。那就是多元宇宙。
这里我们谈论的不是相互独立的宇宙，而是宇宙学家称之为“泡泡宇宙”。任何一个区域内的条件都相对均匀，但区域与区域之间差异很大。另一个遥远的泡泡可能与我们的宇宙相似，但电子的质量可能略有不同。即使是这样微小的变化也可能扰乱化学规律，更不用说生物学了。另一个区域可能完全陌生，比如拥有七个空间维度和29种自然力。总而言之，是一个令人眼花缭乱的各种宇宙，每个宇宙都有其自身的物理定律。
尽管有诸多相似之处，但现代物理学家与布鲁诺的一个关键区别在于。他们并不是被泛神论的神秘哲学所引导的。相反，他们是被迫进入这个领域的——在很多情况下是“踢着腿、尖叫着”——由其他理论概念，特别是宇宙暴胀和弦理论。
1980年，麻省理工学院物理学家艾伦·古斯构想了暴胀理论，以解释我们可观测宇宙为何如此平坦和光滑，星系均匀分布在空间中，并且质量几乎恰好能够平衡其膨胀。其理念是，在大爆炸之后不久，宇宙被困在一个称为“假真空”的状态，其中真空被巨大的能量所填满。假真空是不稳定的，就像一个等待衰变的放射性原子。最终，它分解成了我们现在所知的普通真空，释放出巨大的物质和辐射。在此过程中，一小块空间急剧膨胀到巨大的尺寸，抹平了任何不规则性，并形成了我们今天看到的宇宙。
但与放射性原子不同，后者要么衰变要么不衰变，假真空可能在某些地方衰变，而在另一些地方不衰变。这意味着可能存在持续暴胀的区域。假设一个微小的膨胀区域增长到巨大的尺寸，其中90%转化为物质和辐射。剩下的10%则继续增长到更大的尺寸；其中90%衰变，循环无限重复。存在像我们这样的区域，暴胀早已结束，但也存在还在继续暴胀的地方，创造出更多区域，每个区域形成一个泡泡宇宙。
这就是多重宇宙的由来。并非宇宙学家如此钟爱所有这些宇宙；而是我们钟爱暴胀理论，因为暴胀理论以极高的精度解释了宇宙的可观测特性。但是，暴胀理论的许多版本也预测存在无限多的宇宙，无论我们是否喜欢。
宇宙变得多样化
当我们将其与弦理论结合时，情况变得更加有趣。弦理论是目前解释我们宇宙中所有粒子和力的基本性质最有前途的方法。但我们并非唯一的可能性质。弦理论允许存在惊人的10^500种解——那就是1后面跟着500个零——每一种都对应着一种具有自身粒子和力类型的不同宇宙。
简而言之，弦理论预测物理定律可以呈现出极其多样的形式，而暴胀可以创造无限数量的泡泡宇宙。因此，弦理论预测的不同物理定律可能不仅仅是假设性的。它们可能确实存在于多重宇宙的无数部分中的某个地方。这不是宇宙学家凭空想象出来的；这是我们在试图解决我们所观测到的宇宙中的问题时，被引向的结论。问题是，既然多重宇宙已经出现，我们将如何应对？
许多人，无论是在科学界内外，都本能地反对其他宇宙的观点，原因很简单，就是我们无法观测到它们——至少据我们所知是这样。有可能另一个宇宙在早期与我们的宇宙发生碰撞，并在宇宙背景辐射中留下了可检测的信号；宇宙学家正在积极寻找。但多重宇宙可能根本无法直接检验。即使这样的理论是真的，人们担心，我们又该如何知道？讨论它是否符合科学？
这些担忧源于对科学与非科学之间过于简单化的划分。科学依赖于能够观测到理论所预测的某些东西，但不一定需要观测到所有东西。将多重宇宙视为一个由绝望的物理学家在想象力枯竭时发明的理论是一种误解。多重宇宙是一些理论的预测——最值得注意的是暴胀加上弦理论。问题不是我们是否能看到其他宇宙；而是我们是否能检验预测它们存在的理论。
想象一个居住在被云层永远覆盖的星球上的原始宇宙学家部落。他们看不到天空，所以他们所能做的只有猜测。他们中的大多数人可能满足于想象他们灰色的大气层无限延伸，但另一些人则开始想象数量巨大的其他行星，许多行星与他们自己的行星截然不同。这些人甚至认为他们的设想有助于解释他们自己的行星为何如此宜居：在那些不太舒适的行星上，根本没有宇宙学家提出这个问题。
这种情况与我们目前的处境非常相似。我们发现自己被一道看不见的屏障所包围——那就是大爆炸。遥远的宇宙可能是均匀的，或者它可能充满了散布在空间中的不同宇宙。我们当地环境的条件可能是基本物理定律的独特结果，或者它们可能只是令人惊叹数量中的一种可能性。
目前我们不知道，但没关系。科学就是这样运作的；有趣的问题是那些我们还无法回答的问题。正确的科学方法是认真对待每一种合理的可能性，无论它看起来多么异端邪说，并尽最大努力将我们的理论推测与我们实验的冰冷数据相匹配。
肖恩·卡罗尔是加州理工学院的理论物理学家，专注于暴胀和时间之箭。他也在 Cosmic Variance 博客上撰写文章。
