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原圖鏈接來自新浪新聞

多元宇宙是一個理論上的無限個或有限個可能的宇宙的集合，包括了一切存在和可能存在的事物：所有的空間、時間、物質、能量以及描述它們的物理定律和物理常數。多元宇宙所包含的各個宇宙被稱為平行宇宙（parallel universes）。也稱平行世界（parallel worlds）、平行時空（parallel spacetimes）、平行次元（parallel dimensions）和代替宇宙（alternative universes）。 通常所說的平行宇宙，一般是指在我們的宇宙之外還可能存在的與我們所認知的宇宙類似的其他宇宙（即分類上的第一層平行宇宙）。

發展歷程

思想雛形 公元前5世紀，德謨克利特就提出「無數世界」的概念，認為「無數世界」是原子通過自身運動形成的。他說：「原子在虛空中任意移動着，而由於它們那種急劇、凌亂的運動，就彼此碰撞了，並且，在彼此碰在一起時，因為有各種各樣的形狀，就彼此勾結起來，這樣就形成了世界及其中的事物，或毋寧說形成了無數世界。」 公元前4世紀，伊壁鳩魯表述了世界多元性的思想：「存在着無限多個世界，它們有的像我們的世界，有的不像我們的世界。」「在一切世界裡，都有我們這個世界裡所見到的動物、植物以及其他事物。」 公元前1世紀，盧克萊修指出，在我們這個「可見的世界」之外還存在着「其他的世界」，居住着「其他的人類和野獸的種族。」 萊布尼茨提出了他的「可能世界」的概念，設想在必然世界（可觀測的宇宙）範圍之外還存在着無窮多個「可能世界」。他認為世界由無限的單子組合而成，單子之間沒有因果關係，而是某種前定的和諧關係，單子雖然各自獨立，但它們之間有品極高低的差異。萊布尼茲把某個現實事件的出現，例如，具體的人，闡釋為許多單子組合的結果，各種不同的組合的結果與單子中更勝一籌的單子的主導作用有關。這意味着世界可以用不同的樣子，任何事件都是偶發的，甚至整個宇宙也是如此。 正式提出 物理學家休·艾弗雷特三世提出了自己對量子測量問題的想法。他指出，在量子力學中，存在多個平行的世界，在每個世界中，每次量子力學測量的結果各自不同，因此不同的歷史發生在不同的平行宇宙中。多世界解釋認為，對測量裝置的觀察，會使得測量裝置被分解為兩個。並且在這個測量鏈上，這種分解會不斷地進行下去。伴隨着這種分解，一定有一個完全的宇宙的複製。也就是說，只要有一個量子測量發生，那麼，每個宇宙分支，以及這個分支中的分量就會導致一個可能的測量結果。每個處在特殊宇宙分支中的人都會認為，他的測量結果和所處的宇宙是唯一存在的。也就是說，一次測量產生了一次新的宇宙。這些各自不同的新宇宙，除非完全相同，否則絕無重合的可能。這一理論的發表，標誌着平行宇宙概念的正式提出

基本概要

平行宇宙是指從某個宇宙中分離出來，與原宇宙平行存在着的既相似又不同的其他宇宙。在這些宇宙中，也有和我們的宇宙以相同的條件誕生的宇宙，還有可能存在着和人類居住的星球相同的、或是具有相同歷史的行星，也可能存在着跟人類完全相同的人。同時，在這些不同的宇宙里，事物的發展會有不同的結果：在我們的宇宙中已經滅絕的物種在另一個宇宙中可能正在不斷進化，生生不息。 平行作用力的平行宇宙，對立人類的萬有引力星球宇宙，平行作用力既不重合，也不相交，可謂「井水不犯河水」，導致純基本粒子宇宙，與人類的萬有引力宇宙純星球剛好對立。 有學者描述平行宇宙時用了這樣的比喻，它們可能處於同一空間體系，平行作用力平行運動，就好像同在一條鐵路線上疾馳的先後兩列火車；它們有可能處於同一時間體系，但空間體系不同，就好像同時行駛在立交橋上下兩層通道中的小汽車。

提出背景

平行宇宙的概念，並不是因為時間旅行悖論提出來的，它是來自量子力學，因為量子力學有一個不確定性，就是量子的不確定性。平行宇宙概念的提出，得益於現代量子力學的科學發現。 在20世紀50年代，有的物理學家在觀察量子的時候，發現每次觀察的量子狀態都不相同。而由於宇宙空間的所有物質都是由量子組成，所以這些科學家推測既然每個量子都有不同的狀態，那麼宇宙也有可能並不只是一個，而是由多個類似的宇宙組成。 哥本哈根解釋 從20世紀20年代起，許多物理學家都為量子力學中，微觀粒子的狀態用波函數（Wave function）來描述。當微觀粒子處於某一狀態時，它的力學量（如坐標、動量、角動量、能量等）一般不具有確定的數值，而具有一系列可能值，每個可能值以一定的概率出現（宏觀物體處於某一狀態時，它的力學量具有確定的數值）。也就是說，微觀粒子的運動具有不確定性和概率性。波函數就能描述微觀粒子在空間分布的概率。 物理學中著名的「單電子雙縫干涉」實驗正是微觀粒子運動不確定性和隨機性的體現。在這個實驗中，單電子通過雙縫後竟然發生了干涉。在經典力學看來，電子在同一時刻只能通過一條縫，它不可能同時通過兩條縫並發生干涉；而根據量子力學，電子的運動狀態是以波函數形式存在，電子有可能在同一時刻既通過這條狹縫，又通過那條狹縫，並發生干涉。但是，當科學家試圖通過儀器測定電子究竟通過了哪條縫時，永遠只會在其中的一處發現電子。兩個儀器也不會同時偵測到電子，電子每次只能通過一條狹縫。這看起來好像是測量者的觀測行為改變了電子的運動狀態，這種反常的現象又作何解釋呢，物理學家玻爾提出了著名的「哥本哈根解釋」：當人們未觀測時，電子在兩條縫位置都有存在的概率；但是，一旦被測量了，比如說測得該電子在左縫位置，電子有了準確的位置，它在該點的概率為1，其他點的概率為0。也就是說，該電子的波函數在被測量的瞬間「塌縮」到了該點。 玻爾把觀察者及其意識引入了量子力學，使其與微觀粒子的運動狀態發生關係。但觀察者和「塌縮」的解釋並不十分清晰和令人信服，也受到了很多科學家的質疑。例如，塌縮是如何發生的，是在一瞬間就發生，還是要等到光子進入人們的眼睛並在視網膜上激起電脈衝信號後才開始。 多世界解釋 那麼，有沒有辦法繞過這所謂的「塌縮」和「觀測者」，從本應研究客觀規律的物理學中剔除觀察者的主觀成分呢。 埃弗雷特提出了一個大膽的想法：如果波函數沒有「塌縮」，則它必定保持線性增加。也就是說，上述實驗中電子即使再觀測後仍然處在左/右狹縫的疊加狀態。埃弗雷特由此進一步提出：人們的世界也是疊加的，當電子穿過雙縫後，處於疊加態的不僅僅是電子，還包括整個的世界。也就是說，當電子經過雙縫後，出現了兩個疊加在一起的世界，在其中的一個世界裡電子穿過了左邊的狹縫，而在另一個世界裡，電子則通過了右邊的狹縫。這樣，波函數就無需「塌縮」，去隨機選擇左還是右，因為它表現為兩個世界的疊加：生活在一個世界中的人們發現在他們那裡電子通過了左邊的狹縫，而在另一個世界中，人們觀察到的電子則在右邊。以「薛定諤的貓」來說，埃弗雷特指出兩隻貓都是真實的。有一隻活貓，有一隻死貓，但它們位於不同的世界中。問題並不在於盒子中的發射性原子是否衰變，而在於它既衰變又不衰變。當觀測者向盒子裡看時，波函數本身會坍塌，整個世界分裂成它自己的兩個版本。這兩個版本在其餘的各個方面是完全相同的。唯一的區別在於其中一個版本中，原子衰變了，貓死了；而在另一個版本中，原子沒有衰變，貓還活着。前述所說的「原子衰變了，貓死了；原子沒有衰變，貓還活着」這兩個世界將完全相互獨立平行地演變下去，就像兩個平行的世界一樣。量子過程造成了「兩個世界」，這就是埃弗雷特前衛的「多世界解釋」。 這個解釋的優點是：薛定諤方程始終成立，波函數從不塌縮，由此它簡化了基本理論。它的問題是：設想過於離奇，付出的代價是這些平行的世界全都是同樣真實的。這就難怪有人說：「在科學史上，多世界解釋無疑是目前所提出的最大膽、最野心勃勃的理論。」

研究前景

科學家將會有多種方法檢驗這些平行宇宙的理論，甚至可能排除其中的一些。在今後幾十年，隨着宇宙測量技術的巨大進步，通過諸如宇宙微波背景輻射探測、大尺度物質分布測量等，科學家會進一步限定空間的彎曲和拓撲結構，從而檢驗第一層平行宇宙理論。而更精確的暴脹測量，可以用來檢驗第二層平行宇宙的理論。天體物理學和高能物理學的共同進步，也會確定物理常量的微調程度，從而削弱或加強第二層的存在可能。 如果全球製造量子計算機的努力能夠成功。那麼它將會為第三層宇宙的存在提供進一步的證據，因為它在本質上要利用第三層平行宇宙的平行性來做平行計算。相反，糾正不守恆的實驗證據則會排除第三層。最後，現代物理的重大挑戰，統一廣義相對論和量子場論的成功或失敗，會給第四層宇宙的研究帶來更多啟示。科學家可能最終找到一個和人們的宇宙相匹配的數學結構，也可能突然碰到不可思議的數學有效性極限，從而不得不放棄第四層。

理論爭議

針對平行宇宙的主要爭論在於，它們很浪費並且很離奇，來依次考慮這兩點。首先，平行宇宙理論很容易被奧卡姆剃刀原理所攻擊，因為它們假設了其他宇宙存在，而人們卻永遠觀測不到。為何自然在本體上如此浪費，並沉溺於這些多到無窮無盡的不同世界，但這一點也可以反過來支持平行宇宙。當人們覺得自然過於浪費時，人們到底是在困惑關於它浪費的哪一點，顯然不是「空間」，因為標準的平坦宇宙模型中無限的體積並沒有引起這樣的反對。也不是「物質」或「原子」——理由相同，一旦已經浪費了無限的東西，誰在乎再浪費多點呢。所以，這種令人困惑的「浪費」倒不如說是一種簡化，它減少了說明所有這些不可見世界所需的信息量。然而，正如泰馬克詳細討論過的那樣，整個集合往往要比集合中的單個元素簡單得多。例如，一個普通整數n的算法信息內容在 量級上，這就是將它用二進制寫出來所需要的比特數。然而，所有整數的集合，1、2、3、…，只需要寥寥幾行計算機程序就能生成，所以整個集合的算法複雜度要遠小於其中某個整數。同樣，愛因斯坦引力場方程的全部理想流體解的集合，算法複雜度要遠低於其中某個特解，因為前者只需要很少幾個方程就能描述，而後者要求在某個超曲面指定大量的初始數據。不嚴格地說，當人們把注意力局限在一個集合中的某個特定元素上時，表觀信息的內容增加了，卻失去了將所有元素考慮進來時整個系統內在的對稱性和簡單些。在這個意義上，更高層的平行宇宙具有更低的算法複雜度。從通常宇宙升到第一層平行宇宙，就不再需要指定初始條件，升到第二層，就不需要指定物理常數，到了包含所有數學結構的第四層平行宇宙，本質上就不存在算法複雜度了。只有從青蛙視角，從觀測者的主觀感覺來看，才有那些信息富餘和複雜性。可以證明，平行宇宙論要比只取一個集合元素作為物理存在的單個宇宙理論經濟得多。 第二個普遍的抱怨是，平行宇宙太離奇了。但這個反對多半來自審美上，而非科學上的考慮，然而正如上面提到的，這個意見只有在亞里士多德的世界觀中才有意義。在柏拉圖模型中，如果鳥的視角和青蛙視角足夠不同，很可能看到的是，觀察者會抱怨正確的TOE如此離奇，而每個跡象都說明這正是人們所處的情形。人們所感到的離奇也沒有什麼好大驚小怪的，因為進化只賦予了人們對日常物理的直覺，能夠使人們遠古的祖先生存下來。但由於有了智慧和創造，人們已經比只有一般內部觀點的青蛙視角稍微多窺見了一些東西，可以確信的是，人們在超出人類原始認知的任何地方到遭遇了奇異現象：高速（鐘慢效應）、小尺度（量子粒子能同時存在於好幾個地方）、大尺度（黑洞）、低溫（能向上流的液氦）、高溫（碰撞粒子能改變身份），等等。所以，物理學家大體上已經接受了，鳥的視角和青蛙視角是很不相同的。量子場論的一個現代流行觀點是，標準模型也僅僅只是一個有效的理論，是另一個還沒發現的理論的低能極限，而後者與舒服的經典概念相去甚遠（例如，包含十維的弦）。許多實驗學家已經對這麼多「離奇」（但重複性很好）的結果感到麻木了，他們簡單地接受了「這個世界就是一個比人們原想的世界更離奇」這樣的觀點，然後埋頭繼續計算。