平行宇宙的意思是:除了我们生活的这个宇宙,可能还存在别的宇宙——那边可能有另一批星系、另一套物理设定,在科幻故事里甚至有另一个你。这个词如今主要靠科幻电影出圈,但它在严肃物理学里确实有几个出处。要先记牢的是:目前它只属于"理论上没被排除"的假说,没有任何人观测到过另一个宇宙。

先说它为什么这么好懂又好卖。举个日常的例子:你早上出门有两条路可以走,选了左边那条,结果堵在半路,眼睁睁看着迟到。你肯定想过:"要是走右边就好了。"平行宇宙的说法顺着这个念头往下接:在某个宇宙里,你走了右边,一路畅通;在另一个宇宙里,你干脆请了假没出门——科幻版本会说,每一种可能,都有一个宇宙替你“活”了一遍。这个故事借用了物理学家认真讨论过的分支想法,但不是每次选路都已被证明会产生新宇宙,下面就讲它在科学里的两个出处。

科学里的平行宇宙,说的是哪两种假说

第一种:微观粒子的"每种结果都发生"(多世界解读)。 研究微观粒子的物理学叫量子力学,它发现一个怪事:微观粒子的很多行为是随机的,比如一个粒子什么时候衰变,方程只能算出概率,给不出准数。主流的说法是:在没人观测时,几种可能"叠"在一起,一观测就随机"定"成一个结果。1957 年,一位当时还在读博士的物理学家埃弗雷特提出另一种理解:根本没有"选定"这一步,每种结果都真实发生了,只是分别发生在互不往来的不同世界里。用那个著名的思想实验来演示:一只猫关在盒子里,盒子里的装置有一半概率放毒,按方程猫处于"又活又死"的叠加状态——在多世界解读里,猫、装置和环境发生相互作用后,形成对应不同结果的分支,并不非得等人打开盒子,一个宇宙里猫活着,另一个宇宙里猫死了,两个宇宙从此各过各的,在通常情况下无法互通消息。注意,这只是对同一套方程的几种"讲法"之争,到今天,还没有实验确立多世界就是正确解读;某些会产生不同预言的替代理论则可以受实验检验。

第二种:大爆炸"吹"出的泡泡(暴胀多重宇宙)。 按宇宙大爆炸理论,我们的宇宙诞生于约 138 亿年前。有一个主流理论认为,宇宙在刚诞生的一瞬间经历过一段疯狂膨胀(行话叫"暴胀":体积在极短时间里翻无数倍)。进一步有物理学家提出:这个膨胀可能不是到处同时停的——我们这片停了,长成了我们的宇宙;别处还在胀,胀着胀着又"泡"出一个个新的泡泡宇宙,每个泡泡里的物理设定(粒子性质、相互作用有多强)可能都不一样。照这个说法,我们这个宇宙只是整片"泡泡海洋"里的一个泡泡。

这两种假说有个共同点:都是从现有理论顺势推出来的——理论本身没把它们堵死,但也都没有直接证据。 它们离"已被推翻"很远,离"已被证实"也一样远。

一眼看懂 / 示意图

两种理论出处,都还没有确认

multiverse不同量子结果的分支暴胀中的“泡泡”两种图景 ≠ 已经观测到别的宇宙

左图为量子结果分支,右图为暴胀泡泡图景。是理论示意,不是观测照片。

科幻片里的"穿越",多走了哪几步

电影里的平行宇宙是个讲故事的好工具:《蜘蛛侠:平行宇宙》里好几位蜘蛛侠来自不同宇宙,《瞬息全宇宙》里主角能借用"别的自己"的本事。这类设定的共同点是:宇宙之间能开门、能串门、能互相影响——而这恰恰是科学版本里最没有的部分。多世界解读里,已经分开的宏观分支,通常无法像电影那样互相来往;许多泡泡宇宙模型中的遥远区域也被持续膨胀隔开,目前没有已知的“串门”办法。所以看完电影大可放心:按目前的理论,没有"另一个你跑来和你抢人生"的门路。科幻负责好玩,假说负责没被堵死,这两件事各干各的,别混为一谈就行。

两个容易混的说法

"没有证据"不等于"已被推翻"。 平行宇宙目前的状态是"没被证实,也没被证伪":理论允许它存在,但我们没看见。对比一下就清楚了——宇宙大爆炸本身是有证据的,比如整个宇宙里弥漫着大爆炸留下的"余温",1965 年被一台射电天线意外收到;而平行宇宙连一条这样的证据都还没有。科学界内部也没吵完:有些物理学家欣赏这些假说,也有些物理学家认为"没法检验的想法不算科学"。普通人记住"目前是假说"四个字就够了。

可观测宇宙的"外面"不是平行宇宙。 我们能看到的宇宙有个边界——更远地方的光还没来得及跑到我们这里。边界外被推测还有广袤的地方,其中一些可能永远看不见;通常把它们看作服从同一套物理规律、属于同一个宇宙的远处,可观测宇宙讲的就是这件事。平行宇宙说的是另一回事:独立于我们这个宇宙、物理设定可能都不同的"别的宇宙"。一个是"看不见的同村远处",一个是"传说中的邻村",别混。

哈勃超深空场中的遥远星系仍属于我们这个宇宙。这张观测图不显示平行宇宙。
哈勃超深空场中的遥远星系仍属于我们这个宇宙。这张观测图不显示平行宇宙。
图片来源:NASA, ESA, S. Beckwith (STScI) and the HUDF Team · Wikimedia Commons