宇宙是唯一的吗？从「超弦理论」的十度空间来思考宇宙之外的世界——《把手伸出宇宙之外：成为宇宙公民》
你觉得，宇宙是唯一的吗？又提到这个想起来就令人头疼的问题了。每每思考「宇宙之外」、「时间流逝」，总是觉得这是思维所不能及的问题，然后停止思考。那么，究竟科学家们是怎么看待「宇宙是否唯一」的这一问题呢？
这个问题，是科学界仍在探索的问题之一，和复杂的「超弦理论」有关。我想，我们可以在宏观层面上和大家说一说，让大家对超弦理论有一个基本的认知。当然，也有的物理学家就直接了当地说，宇宙大霹雳时有太多的能量，仅创造出我们单一的宇宙，这股能量是绝对用不完的。于是，在我们的宇宙外，应该还要有几乎数不完的宇宙；大霹雳和暴胀之声此起彼落，不绝于耳。所以，宇宙太多了，我们的宇宙绝对不是唯一的。
持这种观点，没有人能说得过你，可以算你赢了这场辩论。但是即便你赢了，从理论上看来，还是有许多令人不满意又充满悬念的地方解释得不清楚。所以呢，今天我们厉害一点，从人类发明出来、另外一个比较严谨的理论思维，来讨论一下「我们的宇宙是否是唯一存在的宇宙」这个大问题。
我们一再强调，人类目前科学的两大理论——量子力学和相对论，都不是宇宙的终极理论；因为它们在宇宙大尺度转接到核子小尺度的过渡中，无法严丝合缝地达到无间隙连接的境界。但自然界并不需要理会人类不完美版的理论，它一定是仅由一种理论来控制的。
目前，人类在宏大和高速的部分以相对论来解释，细微的地方则用量子力学来解释；两者各行其道，生死不相往来，这就是现状。
量子力学和相对论至今仍然各自解释着不同尺度的物理现象，仍然无法统合在一起。图
量子力学和相对论至今仍然各自解释着不同尺度的物理现象，仍然无法统合在一起。图
爱因斯坦从 1930 年左右开始研究，尝试着想把两种理论合并到一起，但直至他过世，都没有成功。量子力学和相对论，现在仍然各树其帜，了无瓜葛。
目前，我们了解的力有四种：引力、电磁力、原子核里的弱力、夸克之间的强力。除了引力外，其余三种力都已经合并起来，并且有多位物理学家因此获得了诺贝尔奖；唯独引力，不好处理。早在 1960 年，科学家就提出：一定要有新的理论。
科学家的「另辟蹊径」
科学家们指出，新的理论不能再用粒子的概念了。因为质子、电子、光子这些都是粒子的概念，这样的思维已经提出好一阵子了，但却不能解决把四种力合起来的问题。
聪明的科学家就想，如果把宇宙最基础的普朗克长度（10-35公尺）视为一条会震动的「弦」，并用它作为构建宇宙万物的最基本单位——即我们说的「弦理论」——就可以把引力放进来了，因为弦的震动可以很好地解释引力。
弦理论示意图。物质放大呈现不同阶段，终结于「弦阶段」： ①物质 ②分子结构（原子） ③原子（质子、中子、电子） ④电子 ⑤夸克 ⑥弦。图
于是，弦理论就开始蓬勃发展。但没过多久，弦理论也碰到了「铁板」，即弦是如何形成质子、中子、夸克的？这些物质又是如何凝聚、如何变动，才能形成现今含有很多黑洞的宇宙？弦理论并不能解决这些问题，这就很尴尬了。因为目前的量子力学、相对论，至少可以解释宇宙的形成。
弦不够，那就超弦
弦不够，科学家们就提出了「超弦理论」。这里面的「超」，意思为「超对称」，因为我们身处的世界本应是对称的，而此理论就是希望能够回答在我们理论世界中，目前无法解释的问题。鼻子和肚脐眼在身体中央线上、耳朵和眼睛左右各一、左右手镜像对应、物质中晶体有规律的结构、角动量的守恒等等，都是因自然界对称而产生的物理现象。至于超对称更厉害了，要求费米子（fermions）和玻色子（bosons）需要一对一、成双成对出现，成为宇宙中更深层的对称现象，企图回答出目前人类无法解决的物理问题，并且寻找人类尚不知道的物理世界。
我们的世界有很多普遍对称的规则摆在那儿。但规矩的存在，就是为违反规则准备的，就像交通法规是放在那儿，当人违规时才会用上的一样。如果我们的宇宙是完美的宇宙，那就是超对称的宇宙。不过，事实上宇宙自大霹雳那天，就已经不完美了。
宇宙大霹雳之初，出现了许多物质与反物质，它们本应是一样多的；但反物质几乎全部消失，仅剩余了一部分物质，约是原来总量的十亿分之一，这就是我们现在的物质世界。假如这个对称没有被破坏掉，那么现在的宇宙就全部都是能量了，也就没有我们现在的物质世界。
虽然从宇宙大霹雳的0 时起，这个完美对称就被破坏了约十亿分之一，但宇宙的本质仍是想拥有超对称完美的特性，所以我们现在就忽略宇宙那么一丁点的缺陷，仍然用超对称震动的弦，将宇宙描述出来。
爱因斯坦的相对论描述了四度空间，即三度空间加时间。但是在四度空间，我们没办法建造出这么一个「弦」，以满足物理在自洽条件下，形容现在的宇宙。经过科学家的研究，如果用超弦制造现在的宇宙，需要九个空间加上一个时间，共十度空间才能够满足物理从头到尾自洽条件。
弦不够，科学家们就提出了「超弦理论」。这里面的「超」，意思为「超对称」，因为我们身处的世界本应是对称的，而此理论就是希望能够回答在我们理论世界中，目前无法解释的问题。鼻子和肚脐眼在身体中央线上、耳朵和眼睛左右各一、左右手镜像对应、物质中晶体有规律的结构、角动量的守恒等等，都是因自然界对称而产生的物理现象。至于超对称更厉害了，要求费米子（fermions）和玻色子（bosons）需要一对一、成双成对出现，成为宇宙中更深层的对称现象，企图回答出目前人类无法解决的物理问题，并且寻找人类尚不知道的物理世界。
我们的世界有很多普遍对称的规则摆在那儿。但规矩的存在，就是为违反规则准备的，就像交通法规是放在那儿，当人违规时才会用上的一样。如果我们的宇宙是完美的宇宙，那就是超对称的宇宙。不过，事实上宇宙自大霹雳那天，就已经不完美了。
宇宙大霹雳之初，出现了许多物质与反物质，它们本应是一样多的；但反物质几乎全部消失，仅剩余了一部分物质，约是原来总量的十亿分之一，这就是我们现在的物质世界。假如这个对称没有被破坏掉，那么现在的宇宙就全部都是能量了，也就没有我们现在的物质世界。
虽然从宇宙大霹雳的0 时起，这个完美对称就被破坏了约十亿分之一，但宇宙的本质仍是想拥有超对称完美的特性，所以我们现在就忽略宇宙那么一丁点的缺陷，仍然用超对称震动的弦，将宇宙描述出来。
爱因斯坦的相对论描述了四度空间，即三度空间加时间。但是在四度空间，我们没办法建造出这么一个「弦」，以满足物理在自洽条件下，形容现在的宇宙。经过科学家的研究，如果用超弦制造现在的宇宙，需要九个空间加上一个时间，共十度空间才能够满足物理从头到尾自洽条件。
十度空间，其中六个我们看不见
在这里，我们就必须要提到一位为超弦理论做出巨大贡献的华裔数学家——丘成桐。他在 1978 年提出：用目前的四度空间，再加上六个高度压缩的空间，即变成了十度空间，便可以使用在超弦理论上，解决所有的物理问题。这个理论所创造出来的六度空间，就被称为「卡拉比―丘流形」。
图 21-1 卡拉比―丘流形。 图
卡拉比―丘流形，形容的是除去我们四度空间以外的另外6个空间。由于宇宙的能量非常大，卡拉比―丘流形的长度单位是用普朗克长度为基础单位。
我们可以想像一下，这个高度压缩的卡拉比―丘流形，可以有很复杂的几何结构，比如说，它可以拥有很多的洞。至于它能拥有多少洞，超弦物理学家看法不一，10 个不算少，1,000 个不算多。为了在这篇小文章讨论方便着想，我们就算它有 500 个洞吧。现在把能由震动产生大小不等的能量的超弦引进来，假设它震动能量有 10 个量子层次，则这个超弦在每个流形的洞中，就能以 10 种不同的能量出现。如果总共有 500 个洞，则这个流形的总能量就有 10×10×10×⋯⋯，即 10 乘以 500 次的变化。换言之，这个有 500 个洞的流形，总共可能有 10500 种不同能量的内涵，也就等于有这么多不同流形几何结构的变化。
这些不同的几何结构，即便各有不同的超弦震动能量内涵，但结构本身没有道理不是稳定的。就像一座形状复杂的山体，虽然因局部坑洞使得地势变化的高度不同，造成各处局部势能相异，但因为有局部坑洞的结构，滚石也有可能在半山腰就因为局部势能稳定而被拦住，不再往下滚。所以，一个巨大的山体，可以有很多稳定的势能位置；我们也可以说，它有很多不同势能的几何结构。
宇宙之外还有很多宇宙
回到有 500 个洞的卡拉比―丘流形，也就是说，它可以有 10500 的稳定结构。并且，我们可以将构建超弦理论所需要的所有东西放进去，包括引力场、电磁力、强核力、弱核力等等。其实，在满足把量子理论和相对论严丝合缝、自洽无碍地结合在一起后，它竟然拉扯出了一个附带的产品，即这个流形可以有庞大数目的不同几何结构。也就是说，超弦理论也创造出了各种不同能量的宇宙。所以，以超弦理论角度看来，在我们的宇宙之外，应该还有很多宇宙，如 10500 那么多，数目可能几近无穷。所以，平行宇宙和多重宇宙的概念，就应运而生。
那么，我们把所有理论放到超弦理论中，不是就可以了？并没这么简单。因为要检验超弦理论所需要的能量太高了，已经高到可能永远无法以人类科技文明所能产生的能量来验证它的正确性。
科学家在地球上建立的「大型强子对撞机」，能够创造短暂的巨大能量，但离检验超弦理论所需的能量，至少低了上亿亿倍。
超弦理论可能永远超出人类能力能够去验证的范围，所以我们仍需要继续寻找在我们认知的范围内，能够解释宇宙大霹雳及目前所有现象的单一理论。但依目前的理解，拥有不同结构和能量的宇宙数目应该有很多。所以说，我们生存其间的宇宙，也不是唯一的。