T这幅画的名字——“弗拉马利昂版画”——可能不太熟悉，但你已经看过很多次了。它描绘了一个身穿斗篷、手持手杖的旅行者;在他的身后是城镇和树木的不同景观;周围是一个水晶壳，上面点缀着无数的星星。到达他的世界的边缘，旅行者推进到另一边，被一个全新的世界的光、彩虹和火眩惑。

1888年，法国天文学家卡米尔·弗拉马利昂在一本书中首次发表了这张照片。(最初的版画是黑白的，不过现在有很多彩色的版本。)他指出，天空确实看起来像一个天体附着在上面的穹顶，但印象会欺骗人。“我们的祖先，”弗拉马里昂写道，“想象着这个蓝色的墓穴就是眼睛让他们相信的样子;但是，正如伏尔泰所说，这就像蚕把他的网当作宇宙的极限一样合理。”

这些版画被看作是人类对知识的追求，但我更喜欢逐字解读，这符合Flammarion的意图。在科学史上，我们一次又一次地在已知世界的边缘发现了一个开口并戳穿了它。宇宙的尽头并不在土星的轨道上，也不在银河系最外层的恒星上，也不在我们视野中最遥远的星系上。今天，宇宙学家认为可能还有其他的宇宙存在。

但与量子力学揭示的东西相比，这几乎是司空见惯的。这不仅是穹顶上的一个新开口，而且是一个新的种类的开放。物理学家和哲学家们一直在争论量子理论到底意味着什么，但是，在某种程度上，他们一致认为，量子理论揭示了一个超出我们感官范围的广阔领域。也许这个原理最纯粹的体现——对量子理论方程式最直接的解读——是休·埃弗雷特在20世纪50年代提出的多世界解释。在这种观点下，所有可能发生的事情实际上都在宇宙的某个地方发生了，而量子理论的概率代表了经历这种或那种结果的宇宙的相对数量。正如南加州大学的物理学哲学家大卫·华莱士在他2012年的书中所说，新兴的多元宇宙当我们从字面上理解量子力学时，“世界比我们预期的要大得多:事实上，我们的经典‘世界’只是一个更大现实的一小部分。”

乍一看，这一系列的宇宙似乎与宇宙学家所说的非常不同。宇宙学的多元宇宙起源于试图解释宇宙在比星系更大的尺度上的一致性的模型。假定的平行宇宙是遥远的、截然不同的时空区域，是它们自己的局部大爆炸的结果，从它们自己的量子泡沫(或宇宙萌芽的任何东西)演变而来。它们的存在方式与星系大致相同——你可以想象乘坐星际飞船去它们那里旅行。

相反，埃弗雷特的很多世界都在这里。这个概念产生于对实验室测量过程的理解。粒子在云室中留下痕迹，原子被磁铁偏转，热物体发光:正是这些动手实验激发了量子理论和对相干解释的探索。在测量过程中发生的量子“分支”产生了与我们生活的空间重叠的新世界。

一个然而，这两种多元宇宙有许多共同之处。我们只能在脑海中看到其中的任何一种。当你试图在你的星际飞船上到达另一个气泡宇宙时，中间的空间会膨胀得比你可能穿越它的速度还要快;这样，气泡就彼此隔绝了。同样，我们天生就对量子多元宇宙中的其他宇宙视而不见。这些其他的世界，虽然真实，却永远在我们的视野之外。

此外，虽然量子多元宇宙不是为宇宙学而发展的，但它特别适合于宇宙学。在传统的量子力学中——尼尔斯·玻尔和他的合作者所接受的哥本哈根观点——人们必须区分观察者和被观察的事物。这对于标准的实验室物理学来说是没问题的。观察者就是你，而实验就是你正在观察的东西。但如果被调查的对象是整个宇宙呢?你不可能为了测量宇宙而去“外部”它。而“多世界”的解释则没有这种人为的区分。在一个新的纸，加州理工学院的物理学家肖恩·卡罗尔，与研究生杰森·波拉克和金伯利·博迪一起，在宇宙学的多元宇宙中直接应用多世界解释来创造宇宙。卡罗尔说:“在埃弗雷特看来，在传统量子力学中非常模糊的一切，在原则上都是可以计算的。”

最后，这两种多元宇宙对我们的观测结果做出了相同的预测。唯一的区别是他们把可能的结果放在不同的地方。Carroll看到了“宇宙多元宇宙和局部多元宇宙之间的等价性，不同的状态位于时空中广泛分离的区域，不同的状态都在这里，只是波函数的不同分支。”

麻省理工学院宇宙学家Max Tegmark在2002年的一次演讲中提出了这个想法，并在2014年出版了一本书，我们的宇宙的数学．他描述了多重宇宙的几个“层次”。第一级只是指我们宇宙中非常非常遥远的区域。第三级是他对量子世界的术语。(他也有二级和四级，但我们在这里不需要担心。)要看到第一级和第三级之间的相似性，你必须思考概率的本质。如果某件事有两种不同的结果，你只能看到其中一种，但你可以肯定另一种也发生了——要么在巨大宇宙的其他地方，要么在这里的平行世界。如果空间足够大并且充满了物质，在地球上发生的事件也会在其他地方发生，这些事件的每一个可能的变化也会发生。

量子事件不确定的原因是我们不确定我们在哪里。

例如，假设你在做一个实验，你把一个原子扔向一对磁铁。你会看到它以50%的概率转向下磁铁或上磁铁。从多世界的观点来看，在你的实验室中有两个重叠的世界。一种是原子上升;在另一种情况下，它会下降。在宇宙学的多元宇宙中，还有其他宇宙(或我们宇宙的一部分)，那里有一个与地球完全相同的双胞胎，在那里有一个类人生物进行了同样的磁体实验，但得到了不同的结果。从数学上讲，这两种情况是相同的。

不是每个人都接受多元宇宙，更不用说多元宇宙的不同种类是相似的了。但是，请记住，这些想法仍然是试探性的，让我们看看它们会把我们带到哪里。他们提出了一个激进的观点:两个多元宇宙实际上可能并不不同——多世界观点与宇宙学的多元宇宙是一样的。如果它们看起来不一样，那是因为我们一直在用错误的方式思考现实。

年代坦福德的物理学家伦纳德·苏斯金德在他2005年的书中提出了这种等价，宇宙景观．“埃弗雷特的多世界观，乍一看，似乎与永恒膨胀的巨恶观是完全不同的概念，”他写道(他用他喜欢的术语来指代宇宙的多元宇宙)。“然而，我认为这两者其实是一回事。”2011年，他和伯克利的物理学家拉斐尔·布索合著了一篇纸他们明确表示两者是一样的。他们认为，理解与量子力学相关的概率和退相干现象的唯一方法是将多世界图景应用到宇宙学中，在这种情况下，量子力学理论产生了位置和速度等经典范畴;他们声称，自然的结果是宇宙的多元宇宙。同年，加州大学伯克利分校的野村泰典(Yasunori Nomura)提出了一个类似的案例，他发表了一篇论文纸他说，这“为量子测量过程和多元宇宙提供了一个完全统一的处理方法。”Tegmark在2012年的一份报告中也提出了类似的观点纸与加州大学圣克鲁斯分校的安东尼·阿吉雷合著。

根据这个观点，量子世界不在这里，而是在那里。Tegmark写道，量子波函数并没有描述“某个物体可能正在做什么的奇特想象的可能性集合，而是存在于我们无限空间中的物体的相同副本的实际空间集合。”

实验室表盘上的读数怎么可能泄露出无限的时空气泡呢?

布索解释说，关键在于仔细思考自己的观点。想象一下，从上帝的视角看多元宇宙，你看到所有的可能性同时展开。没有概率;在某个地方，一切都是必然发生的。但从我们自己有限的视角来看，植根于地球，各种事件以各种可能性展开。布索说:“我们用一幅全球图景——所有事情都发生在某个地方，但没有人能看到它的全部——换取了一幅局部图景，那里只有一块地方，原则上可以进行探索。”

为了从全球导航到局部，我们需要对宇宙进行切片，以便将可测量的和不可测量的分开。可测量的部分是我们的“因果补丁”，正如布索所说。它是所有能够影响我们的东西的总和——不仅是今天可以观测到的宇宙，而且是我们遥远的后代可以到达的太空区域。在精神上把我们的因果补丁从时空的其余部分切掉之后，我们就能弄清楚我们能够进行什么样的观察，结果就是老式的量子力学。

从这个角度来看，量子事件不确定的原因是我们不确定我们在多元宇宙中的位置。在一个无限的空间里，有无限多的生物在各个方面看起来和行为都像你。一个典型的《纽约客》漫画抓住了问题的关键。我们看到一群企鹅——一模一样——在一片广阔的冰面上。其中一只企鹅问道:“我们中哪一只是我?”

可怜的企鹅或许有希望通过三角测量自己相对于附近浮冰的位置，但在多元宇宙中，我们没有这样的参考点，所以我们永远无法区分我们的多重自我。大卫·多伊奇是牛津大学的物理学家，和卡罗尔和泰格马克一样，他也是许多世界的坚定支持者现实的结构:“假设这是身体有意义的问的相同副本是我,是假设有一些多元宇宙外的参照系,相对的答案可以给——我从左边第三个…”但“左”,,,“第三个”是什么意思?”没有“来自多元宇宙之外的视角”。

平行宇宙并不存在于太空中，而是在我们自己的时间线上的其他地方。

泰格马克认为，量子力学中的概率概念在其核心只是反映了“你无法在第一级多元宇宙中自我定位，也就是说，无法知道在整个空间中无限多的副本中，哪一个拥有你的主观感知。”换句话说，事件似乎是有概率的，因为你从来都不确定你是谁。而不是不确定一个实验将以何种方式展开，而是展开了每一个的方式;你只是不确定哪个“你”会观察到哪个结果。

对布索来说，这种方法在数学上的成功就足够了，他宁愿不为如何解释这些合并的多元宇宙的更深意义而失眠。他说:“最终，唯一重要的是你的理论做出了什么样的预测，以及它们与观测结果相比如何。”“我们(宇宙学)视界之外的区域是不可观测的，波函数的分支也是不可观测的。不管怎样，它们都只是我们用来计算的工具。”

B但是，这种对物理理论的工具主义观点令许多人感到不满意。我们仍然想知道这一切意味着什么——一个实验室刻度盘上的读数如何会暴露出时空中无限气泡的存在。纽约市立大学(City University of New York)的科学哲学家马西莫·皮格里奇(Massimo Pigliucci)说:“(如果)你真的在谈论宇宙以某种方式分裂，那么你最好给我一个很好的解释，这到底是如何发生的，这些(其他世界)到底在哪里。”

也许有一种方法可以解释多元宇宙物种之间的联系，那就是我们传统的时间和空间观念需要更新。如果多元宇宙既存在于宇宙之外又存在于宇宙下面，也许这是一个信号，表明我们对“宇宙”和“宇宙”的分类正在辜负我们。

世界只是希尔伯特空间的一个元素吗?

大约20年前，多伊奇提出现实的结构多元宇宙带来了一种新的时间观念。在日常生活中，甚至在物理学中，我们都假定存在某种类似于牛顿学说中永恒流动的时间的东西。多元宇宙通常被描述为一个在时间中展开的结构。事实上，时间没有流动或流逝，我们也没有以某种神秘的方式通过它前进。时间是我们定义运动的方法;它自己不能移动。所以多元宇宙并没有进化。它只是是．多伊奇写道:“多元宇宙既不会‘产生’，也不会‘消亡’;这些术语以时间的流动为前提。”

多伊奇认为，我们不应该把多元宇宙看作是在时间中运行，而应该把时间看作是在多元宇宙中运行。其他时间，他说，只是其他宇宙的特殊情况。(独立物理学家朱利安·巴伯也在他1999年的书中探讨了这个想法，时间的终结．)多伊奇说，这些其他宇宙中的一些，与我们自己的宇宙——我们的“现在”——非常相似，因此我们把它们解释为我们宇宙故事的一部分，而不是作为独立的宇宙。对我们来说，它们不在太空中，而是沿着我们的时间线。正如我们无法一次性体验到多元宇宙一样，我们也无法一次性体验到无限多的时刻;相反，我们的经验反映了我们作为嵌入观察者的视角，存在于单个时刻。在从全球视角转向本地视角的过程中，我们恢复了时间的熟悉陷阱。

O你对空间的概念也可能会因多元宇宙而改变。“为什么这个世界看起来如此经典?”卡罗尔问道。"为什么时空有四个维度"卡罗尔,他博客他承认埃弗雷特并没有回答这些问题，“但它给了你一个框架，你可以在其中问这些问题。”

他和其他人认为，空间不是基础，而是一种突现现象。但它会出现什么从？到底存在什么样的“东西”?对于卡罗尔来说，埃弗雷特的画作为这个问题提供了一个非常简单的答案。“世界是一个波函数，”卡罗尔说。“这是希尔伯特空间的一个元素。就是这样。”

希尔伯特空间是与量子波函数相关的数学空间。它是一个系统所有可能状态的抽象表示。它有点像普通的欧几里得空间，但维数是可变的这取决于系统允许有多少个状态。一个量子位——量子计算机中的基本数据单位，可以是“0”或“1”或它们的某种组合——具有一个二维希尔伯特空间。一个连续的量，如位置或速度，对应于无限维希尔伯特空间。

通常，物理学家从一个存在于真实空间中的系统开始，然后推断出它的希尔伯特空间，但卡罗尔认为你可以把这个过程颠倒过来。想象宇宙中所有可能的状态，并计算出这个系统必须生活在什么样的空间中——如果它真的生活在空间中的话。这个系统可能不存在于单个空间，而是同时存在于多个空间，我们将这样的系统称为多元宇宙。卡罗尔说，这种观点“非常自然地符合时空是突现的观点”。

有些人——尤其是哲学家——对这种方法感到犹豫。希尔伯特空间可能是一个完美的合理的数学工具，但这并不意味着我们就生活在它里面。华莱士是多世界观的坚定支持者，他说希尔伯特空间不是一个真正存在的结构，而是一种描述实际物理物质的方式，无论是弦、粒子、场，还是宇宙的最终组成部分。他说:“我们生活在希尔伯特空间，这是一种比喻意义，但可能不是字面意义。”

休·埃弗雷特(Hugh Everett)没能活到目睹人们对他的量子力学版本重新产生兴趣的时候。1982年，他死于心脏病，享年51岁。作为一个坚定的无神论者，他确信这是末日;他的妻子遵照他的指示，把他的骨灰和垃圾一起扔了出去。然而，他的信息可能最终会扎根。可以用四个字来概括:认真对待量子力学。当我们这样做的时候，我们发现这个世界——惊奇!——比我们想象的更大、更富有。正如伏尔泰的蚕只看到他的网络,我们只看到一个小的多元宇宙,但是,由于埃弗雷特和那些追随他的脚步,我们可能从裂缝溜走在水晶壳,“地球和天空碰头的地方,”,一瞥之外。

• 丹·福尔克是多伦多的一位科学记者。他的著作包括莎士比亚的科学，《寻找时间》,t恤上的宇宙．@DanFalk

主导图像:东京OmoHara购物中心的多面万花筒般的镜面入口。杰里米Sutton-Hibbert /盖蒂图片社。