为什么那些支配宇宙万事万物的定律和常数如此精巧地与生活相和谐以至广泛地为世人所接受？一位物理学家认为他能回答这个问题，答案是令人惊讶的。

物理学的最终目标是一个囊括一切的理论，它以一组简单的方程式“捕获住”现实世界中所有的基本特征。但是，如果物理学家把他们的研究定位在这样一种光彩夺目的功利上，那么，他们可能得到的不过比一点点失望稍多一些而已。因为他们依然面临着20世纪物理学奠基人之一的约翰 • 惠勒（John Wheeler）所提出一个著名的难以回答的问题：为什么自然界满足这样一组方程而不是别的方程？

如今，一位在普林斯顿高级研究所的物理学家说，可能存在一种方式来回答惠勒的问题并且阐述为什么自然界以它现存的方式演化。他的想法正在把他的同事们的思想延展到极限，这是因为这个想法隐含着人们首次承认，我们可能看到的所有星座和河外星系不过是现实的一个无限小的子集合而已。如果马克斯 • 蒂格马克（Max Tegmark）是正确的，那么所有逻辑上可能的宇宙都是存在的。

蒂格马克并不是指出各个宇宙具有不同的物理常数——例如，重力强度或一个电子质量的不同数值。他也并不是表明各个宇宙以不同的条件起源——例如在大爆炸中不同数量的块团。他说：“我留在记忆中的东西就是千姿百态的许多宇宙，它们遵循着物理学完全不同的方程组。”更有甚者，他有一种方法来检验他的想法。

以一个令人迷惑的不胜其数的许多宇宙来代替我们的宇宙似乎失去了理智，但是，蒂格马克相信，这一点可能具有极大的回报，将会被“理解”的唯一的宇宙就是含有生命的宇宙。因此，如果他能够实现为生命演化所必须的各种条件，那么他应该能够解释为什么我们会在所处的宇宙中发现我们自己。蒂格马克说：“生命存在的条件将确定支配我们宇宙的方程并且告诉我们它们为什么如此，为什么没有其他人应用这些方程，”

正是这样的想法使那些同行的物理学家们在几乎相同的测量中感到深奥莫测和迷惑不解。伦敦皇家学院的安德烈亚斯 • 阿尔布雷克特（Andreas Albrecht）说：“我认为我不相信这一点，但它是一种很有挑战性的想法所有可能宇宙都是存在的说法可能会有助于我们绕过物理学而临的一个中心问题。

存在着一个各个宇宙的巨大的“系综”，这个想法决不是新颖的。蒂格马克补充说：“自然界曾经一度从各个方向告诉我们，各个宇宙的‘系综’是比任何人能够想象的还要大得多的集合体。在日益被物理学家所掌握的量子理论的许多公认的解释中，宇宙在每个量子常数层次上‘分裂’成许多平行的现实。”

还有，按照已经为人们熟知的“膨胀”的早期宇宙的一种流行理论，我们的宇宙仅仅是在一个惊人地更大宇宙中的小气泡。一些理论家们甚至建议，不同的气泡可以解释蒂格马克所附加的许多宇宙的定位，而在这些不同的气泡中物理学的许多定律不同程度地发生“冻结”。

但是，相信存在一个各个宇宙的“系综”的主要理由还在于，它可以解释为什么支配我们宇宙的许多定律呈现出与我们的存在如此精巧地和谐。例如，在50年代，弗雷德 • 霍伊尔（Fred Hoyle）发现，在星体内许多重元素的逐步形成依赖于一系列特定的相符条件，如果铍-8，碳-12和氧-16的核以特殊的许多能态存在，那么氢元素就可以被构造成生命的组分，例如钙、镁和铁。

这种精巧的和谐具有两种可能的解释。一种认为宇宙是被创世者为我们专门设计出来的；另一种则认为确实存在着大量的宇宙——一个“多重宇宙”。仅仅在这些宇宙中——在其中铍-8，碳-12和氧-16对生命是完全合适的——任何生命才会产生出对任何精巧的和谐的注意。这就称为人择原理。

现在已经发现了这种精巧和谐的许多其他的例子、例如，如果把核“粘合”在一起的强核力仅仅增加百分之一，那么两个质子就会依附在一起组成一个“双质子”。在我们的宇宙中质子通过弱核力被“焊接”在太阳中，这种弱作用力首先把一种质子转化为一个中子，而且这种转化极其缓慢、两个质子的合成大约要经过100亿年的时间，这就保证了太阳燃烧它的燃料的时间要比生命演化所需要的几十亿年时间还要漫长。如果双质子是稳定的，强作用力就会如此迅速地把质子“捕获”在一起，以至太阳会在不到一秒的时间内燃尽它的燃料并且发生爆炸。如果强作用力始终比较强，所有氢核就会在大爆炸中被形成为双质子，从而对星体不再存在可供燃烧的氢。

弱核作用力也表现出允许我们存在的精巧的平衡。在一个星体的灾难性塌缩过程中，它的稠密内核中的物质就被转化为中子和大量中微子。中微子向外逸出并且在逸出过程中驱走了星体的最外层封套，触发形成了一颗超新星。中微子和在封套中的物质仅仅通过弱核作用力才发生相互作用。如果弱核相互作用稍微增强一些，那么中微子就会陷入星体的中间核心部分，而爆炸就会停止。如果这种作用稍微减弱一些，它们就会不与物质发生相互作用而从星体中逸出。无论哪一种方式，在巨大星体中形成的重元素——它们对生命是基本的——都不会被弹射到空间中去以合成新的星体和行星。

注视周围一切

还可以举出更多的例子n例如，蒂格马克和剑桥天文学研究所的马丁 • 里斯（Martin Rees）就发现，如果从大爆炸中出现的初始物质团块稍有差异，星体和河外星系是不可能形成的。蒂格马克还发现，只有借助于空间的三维和时间的一维，在产生诸如原子和行星这类稳定结构时，物理学对生命的进化才既具有足够的预见性又具有足够的复杂性。里斯认为：“不管物理学家的眼光注视到什么地方，他们看到的都是精巧和谐的例子。”

当蒂格马克在1992年还是伯克利加州大学的一名研究生时，他就提出了最终的系综的想法。他说： “一开始，我是把这一点作为一个说说而已的空话向一个朋友提出的、但是，它始终出现在我的脑海里——我无法停止对它的思考。”他在1996年夏天把这个想法写进了一篇论文中，这篇论文从来没有被发表，这是因为蒂格马克认为没有哪一本物理杂志适合于发表这类文章。然而，他却把这篇文章上了网络，结果引起了很大的轰动、甚至有一个由科学家组成的因特网的新闻小组专门讨论了这篇文章、阿尔布雷克特说：“这篇文章是值得发表的，尽管有许多观点还需要进一步探讨。”

物理学和数学

导致蒂格马克提出最终系综的起因是他对数学和物理学之间存在的特殊联系的深入思考。人们早已熟知，物理学的许多定律都是可以用数学形式加以表述的。这样的事实在30年代就导致了奥地利物理学家尤金 • 威格纳（Eugene Wigner）作出了关于“在物理科学中数学有着不可思议的有效性”的评述。

但是，按照蒂格马克的说法，这种本质上的联系还有着另一种深邃的含意。几个世纪以来，数学家已经发现了一大群数学结构。每个结构在技术上都被理解为一种“形式上的系统”，它总是包含有一系列自洽的公理和从这些公理中借助于应用逻辑法则而导出的许多定理。它们的范围遍及从整数到布尔代数——一种简单的形式系统，从欧几里得几何到弦理论。蒂格马克常常喜欢把它们看作是在“数学之树”上互相联结的许多组件。

物理学定律呈现出数学形式的事实使得蒂格马克推断出，在“数学之树"上的某一个组件必定与我们的宇宙相对应。换句话说，它必定含有囊括一切理论的方程式。

但是，其他部件又怎么样呢？“蒂格马克又问道：“为什么只有一个组件处在所有其他组件之上而具有特权地位呢？”“为什么无数数学结构中只有一种数学结构被赋予物理实体的意义呢？”物理学家通常都试图设想，在我们所处的空间和时间状态下，没有什么东西是可以具有特殊地位的——这个思想被称为哥白尼原理。在把这个说法延展到“数学之树”上时，蒂格马克认为，没有任何理由可以相信，与我们宇宙对应的那个组件是具有特殊地位的。反之，每个数学组件都应该与它自己的物理宇宙相对应。

这个想法是如此地令人惊讶以至它曾一度被埋没下去。它意味着，对所有可以想象出来的数学结构一定存在着相应的宇宙：一个宇宙不外乎是欧几里得几何学，另一个则仅仅只包含复数，还有一个是希尔伯特空间等等。蒂格马克认为，“主要的问题在于虽然每个数学结构都存在而且都具有物理的实体，但是仅仅只有一部分结构能被理解为具有物理实体。”“例如，存在着一个包含有欧几里得几何的宇宙，但是，它的方程式离开足以使观察者有所发展的可能性方面还相差很远。”

宏大的目标

为丁检验蒂格马克的想法，你必须做的一切工作就是再一次假设，我们的宇宙不是处在特殊地位上的特别角色。正因为如此，物理学的许多定律应该始终处于靠近不同分布峰值附近的某些位置上。蒂格马克认为：“如果我们发现，我们宇宙中的电子质量不处在分布的峰值附近，那么我的想法就是错误的。”因而最终的系综理论是可以被否定的。假如这些数值确实被证明是典型的，蒂格马克将可以解释为什么我们的宇宙会是现在这种状态。

这是一个宏大的目标，但它将不是一个容易达到的目标。阿尔布雷克特说：“你正在试图通过乞求于恰恰最不能精确定义的物体——生命的方式来得到物理科学中的精确性。”他指出，最终系综理论的巨大优越性在于，它根本没有任何自由参数一例如，它不像囊括一切理论的其他所有观点那样，它完全不依赖于大爆炸中的初始条件。

他将以他的工作把信服他的观点的人区分出来，“这是一个有趣的，富于挑战性的想法”。伦敦经济学院的一位在人类学论证方面的研究者尼克 • 博斯特洛姆（Nick Bostrom）说：“我坚信，这个想法是错误的。但是，我不排斥这样的可能性，即将来的讨论可能会产生出一种真正的似乎有理的理论，它可能会应用蒂格马克的某些想法。"

阿尔布雷克特也依然十分谨慎。他说：“囊括一切的理论可能会成为遥远的微观世界的一种理论，它对于我们所处的世界不会作出任何独一无二的预言。”“可能存在着使物理定律发生对称性破缺的无数种方式，而我们的世界则是偶然地被形成而已。”

伴随最终系综理论的另一个困难是，它似乎要耗费大量的人力和物力。但是，蒂格马克具有一种异乎寻常的论证方式，以这种方式他可以对遇到的批评家进行辩驳。他认为，在多重宇宙中的信息实际上比在单个宇宙中的信息少得多。

为了证明他的论据，蒂格马克给出了在0和1之间数字的例子。某些事物复杂性的一个通常的定义是产生这个复杂性所需要的计算机程序的长度。假设你试图产生一个在0和1之间的简单的数，并且由十进位制的一个无限多小数来表示，表示这个数将会形成一个无限长的计算机程序。但是，为了产生0和1之间的所有的数，你必须做的一切就是从0开始，再进到0.1和0.2等等，然后再做0.01，0.11和0.21等等——一个很容易的程序就这样被写出来了。换句话说，产生所有数的可能性比创造一个非常特殊的数的可能性要容易得多。

奥地利昆士兰大学的米切尔 • 布特（Mitchell Porta）说：“所有世界的系综比它的某些单独成员要简单得多——这个想法是一个非常有趣的见解，但是它需要更多的思考。”

按照蒂格马克的想法，天文学家毫不犹豫地接受了这样的看法，即空间可能是无限的，在空间中有着无数多个看不见的河外星系，它发出的光自大爆炸以来还没有足够的时间被我们观察到。他说：因此对多重宇宙以某些耗费人力财力为理由作出的反对的反响是不明智的。为什么我们的宇宙就应该是我们预见它的那种方式呢？”

 [New Scientist，1998年6月6日]