宇宙觀念的嬗變

我曾聽一位老先生說，20世紀80年代編天文學詞典時，有三個詞因實在太難定義而最后只好不定義，這三個詞是“時間”、“空間”和“宇宙”。我當時想，“宇宙”一詞我們過去不是常常聽到古人“上下四方曰宇，往古來今曰宙”的說法嗎，定義有何困難？又一想，確實，對于“宇宙”人們實際上有很多不同的理解和觀念。

我剛入大學時曾讀到過一本火藥味十足的論文集，收錄了70年代末到80年代初我國關于宇宙學的一些哲學爭論文章，爭論的焦點是宇宙有限無限問題。當時哲學教科書上的標準說法是“宇宙在空間和時間上都是無限的”，而宇宙大爆炸理論認為宇宙的年齡是有限的，宇宙空間既可能無限也可能有限。該集的多數論文批判大爆炸宇宙學理論是“唯心主義”，只有少數論文為之辯護，但在當時高度意識形態化的話語體系里這并不容易，我記得其主要論點是，大爆炸理論所說的“宇宙”不同于哲學上的宇宙概念，它指的是“可觀測宇宙”，因此與哲學上“宇宙無限”的命題并不矛盾。

哲學教科書上“宇宙無限”的觀念追根溯源來自恩格斯，但恩格斯只是總結了19世紀科學界的普通觀點，他不可能預料到20世紀才產生的相對論和宇宙學。如果不把恩格斯的說法當作神圣的教條，那些批判文章的大部分依據就自動消失了。不過，辯護文章所提出的觀點確實有一定道理。大爆炸理論里提到的“宇宙”，常常是指可觀測的部分時空，而未必包括所有的時空。舉例來說，如果我們上溯到所謂的大爆炸奇點，現有的物理學理論就失效了，無法有把握地推斷這“之前”到底是怎樣的。在有些模型（比如循環宇宙模型）中，奇點之前的宇宙正在收縮并在奇點處反彈；在另一些模型中（比如霍金-哈特爾無邊界模型），在奇點處根本就沒有“之前”的概念。宇宙學家們說“宇宙起源于一次大爆炸”，意思是指奇點之后這部分宇宙是起始自高溫高密的“大爆炸”階段，這是科學上有把握的，但并不意味著否定在大爆炸之前還有存在時空的可能性。然而一般人往往把宇宙一詞理解為所有時空的總和，因此把這句話理解為否定在大爆炸之前還存在時空，這有可能導致了某些誤讀。

這里所說的可觀測宇宙，是指原則上可以觀測，而非我們以現有技術能達到的范圍。無論觀測技術如何改進，我們只能看到大爆炸之后發出的光子，由于光傳播的速度有限，因此可觀測范圍有限，這個范圍就是所謂視界。不僅如此，新觀測還發現宇宙膨脹正在加速，這意味著那些現在離我們較遠的地方正在越來越快地遠去，它們發出的光子將永遠無法到達地球。我們對宇宙的觀測，將永遠局限在一個區域之內。

不過，對于視界之外的時空，雖然無法直接觀測，卻可以根據理論推測。1980年古思（Guth）提出的宇宙暴脹理論，林德（Linde）等人又相繼提出了改進的模型。根據這一理論，在我們的可觀測時空范圍之外，還存在著無數的時空區域，我們可觀測的時空與在暴脹中大量產生的時空相比，甚至用滄海一粟形容都不太夠。而且，這些區域與我們所處的這部分宇宙還可以相當不同，甚至其中的一些物理規律也可能和我們的宇宙不一樣。隨著暴脹理論的預言相繼被證實，這些我們可觀測宇宙之外的宇宙，引起了很多興趣和討論，我們該如何稱呼它們呢？一些學者將這些可觀測范圍之外的宇宙稱為“多重宇宙”（multiverse），與原來的宇宙（universe）一詞相對。有些學者如斯莫林（Smolin）不喜歡這個詞，認為這些區域只是宇宙（universe）的不同部分罷了。盡管如此，“多重宇宙”以及意思相近的“平行宇宙”使用起來畢竟較為方便，因此開始廣為流行。

在此之前，在量子力學的討論中，也已出現了另一種“平行宇宙”的概念。量子系統的狀態由波函數描述，波函數按薛定諤方程演化。按照通常的哥本哈根解釋，在進行一次量子測量后，系統將會按照以正比于波函數模平方的幾率隨機地進入其中一種狀態，波包“塌縮”了。1954年，普林斯頓大學研究生埃弗雷特（Everett）產生了一個看似瘋狂的想法：也許在量子測量時根本沒有什么波包塌縮，而是世界分裂成平行的無數個不同分支，在各分支中量子測量的結果各自不同，每個分支世界中的觀測者看到的都只是一個結果。后來，德維特（DeWitt）將其命名為“多世界理論”。雖然聽上去不可思議，這個理論卻滿足所有的觀測。盡管仍有很多爭議，現在它也已經成了量子力學的主流解釋之一，也有不少科幻小說和電影以之為題材——主人公在某些世界中死去，在另一些世界中卻活了下來。

對一些科學家來說，多重宇宙的概念散發著一股討厭的玄學味道。它們很難被檢驗和證偽，而可證偽性不正是科學賴以取得進步的關鍵嗎？但正如莊子在《逍遙游》中所感嘆的，“朝菌不知晦朔，蟪蛄不知春秋”，如果朝菌、蟪蛄足夠聰明，它們或許能超越自身的短暫壽命，而想象出一日晝夜和一年四季。多重宇宙之于我們，也許亦如晝夜、四季之于朝菌、蟪蛄。

（摘自《科學世界》）