……樹木的主要成分是氣體，所以當它們燃燒時，這些氣體又回到空氣中。燃燒的火焰所釋放出來的熱量原本來自太陽，它們被深鎖起來，并將空氣變成樹的一部分。而燃燒殆盡的灰燼，則是樹另一部分的殘骸，這一部分并不源于空氣，而是來自我們腳下結結實實的地球。

理查德·費曼（Richard Feynman）

天地之間有許多事情，是你的睿智所無法想象的。

莎士比亞，《哈姆雷特》

第1幕，第5場

眼見不一定為實

一秒鐘之后，我即將死去。我的腳離開自行車腳蹬，手猛捏剎車閘，但是一切都太遲了。我只看見不斷閃爍的車燈和逼近的卡車。40噸鋼鐵，像一條喘息的巨龍，挾著沉重的呼嘯向我襲來。我看見卡車司機滿眼的驚恐。我感到時間仿佛變慢了，我的過往人生一幕幕閃現(xiàn)在眼前。那一剎那，我腦中唯有一個念頭：“多么希望這只是一場噩夢！”嗚呼哀哉，直覺告訴我，這一切都是真實的。

然而，我如何才能百分之百地確定這不是夢境呢？假如在被撞之前，我曾無意中瞥見一些只有在夢里才會出現(xiàn)的場景，會不會有轉機呢？比如，我已過世的老師英格麗竟然活了過來，好端端地坐在自行車后面；再比如，5秒鐘之前，我視野的左上角突然蹦出一個對話框，上面寫著：“你確定不看看右邊，就貿然沖出地下通道嗎？”下面還有兩個可以點擊的按鈕，分別標著“確定”和“取消”，那一切又會怎么樣呢？如果我看了太多類如《黑客帝國》和《異次元駭客》的電影，也許會開始懷疑我的人生是否只是一個計算機模擬程序，甚至開始質疑我從前深信不疑的那些關于真實世界的基本假定。但是，上面所說的這些怪事，我一個也沒有經歷過。死亡，是唯一的證明。畢竟，還有什么會比40噸重的大卡車壓過來的感覺更真實呢？

可是，很多事情并不是表面上看起來的那樣，卡車，甚至“實在”本身，都是如此。這種說法不僅來自哲學家和科幻作家，還源于物理實驗。一個多世紀之前，物理學家們了解到一個奇妙的事實——在堅硬鋼鐵的內部結構中，其實大部分都是空蕩蕩的空間。這是因為，占原子質量99.95%的原子核，其實只占據(jù)了原子0.000 000 000 000 1%的體積。為何近乎空無一物的鋼鐵摸起來卻實實在在、固若金湯呢？這是因為，讓原子核各就其位的力量非常強大。另外，通過仔細測量，人們發(fā)現(xiàn)亞原子粒子甚至能在同一時間出現(xiàn)在不同的位置，這是一個著名的量子力學謎題（我們將在第6章進行探討）。

既然粒子可以同時出現(xiàn)在兩個地方，而我又是由這些粒子構成的，那我是否也能擁有分身術呢？實際上，在車禍發(fā)生的3秒鐘前，我的潛意識已經決定了是只往左看，還是為以防萬一也看看右邊——左邊是我每天都要轉向的路，通往我在瑞典時所上的文理中學，這個路口通常沒什么車。1985年那個清晨的瞬間，我草率作出的決定差點兒讓我丟掉小命。這一切都源自一個小小的鈣原子是否要進入我前額葉皮層某個特定的神經突觸，它將決定這個神經元是否發(fā)射出電信號，從而激活其他神經元，并觸發(fā)一陣瀑布般奔流的神經活動，最終在我的腦中編碼出一句話：“不用看右邊?！贝丝蹋偃邕@個鈣原子同時出現(xiàn)在兩個相去不遠的地方，一個在突觸外，一個在突觸內，那么半秒鐘后，我的瞳孔將同時瞥向兩個不同的方向；兩秒鐘后，我將同時騎向兩個相反的方向。那么，不久之后，我將同時處于“活著”和“死去”兩種狀態(tài)。這究竟有沒有發(fā)生的可能？我們的世界是否將走向擁有不同歷史的平行宇宙呢？主流的量子力學家們正在熱烈地辯論著這個話題。換句話說，量子力學中最重要的薛定諤方程，是否需要一些修正呢？現(xiàn)在問題來了，我究竟有沒有死？在這個平行宇宙中，我差點兒死掉，但最終撿回了一條命。那在其他平行宇宙中，我是否有可能已經死了？（在那里，這本書也就不可能寫出來。）既然我同時處于活著和死去的兩種狀態(tài)，那么我們是否應該修改一下我們對“實在”的看法，讓它更加名正言順？

如果你認為我剛才所說的這些聽起來荒謬可笑，只是用物理學來攪渾水，那么，當你聽到我接下來要講的個人看法時，你會更加頭昏腦漲。如果每時每刻，我在不同的平行宇宙中都可能出現(xiàn)在不同的位置，那么不管遇到什么意外，總有一個宇宙中的我能死里逃生。下面請你想象一下，如果未來每次都會這樣，那么，至少存在一個平行宇宙，其中的我會永遠活下去。由于我的意識只會存在于我活著的宇宙中，那是否意味著，在主觀上我會覺得自己長生不死？如果真是這樣，你也能找到一個你永遠不會死的宇宙，最終，你將成為這個宇宙上活得最久的人。我們將在第7章討論這些問題。

很驚訝吧？物理學竟然揭開了“實在”的面紗，讓我們看到它怪異的面目，簡直超出所有人的想象。其實，這還不算太驚奇，接下來，讓我們看看達爾文的進化論吧，它會讓你更驚訝。對某些物理現(xiàn)象，我們擁有著毋庸置疑的直覺。比如，當你扔出一塊石頭，直覺告訴你，它一定會以拋物線的軌跡落地。這是進化的饋贈，因為這些現(xiàn)象對我們遠古祖先的生存具有價值（這也許正是人類對棒球感興趣的原因）。一個山頂洞人如果總在思考“物質最終由什么組成”這種問題，可能就會忽略掉潛藏在身后的老虎，而被一口吃掉，最終被清除出大自然的基因庫。于是，達爾文的理論作出了一個可檢驗的預言：每次，當我們使用科技去窺探人類尺度之外的實在時，進化帶來的直覺都會被打破。這個預言被檢驗了一次又一次，每一次達爾文都以壓倒性的優(yōu)勢取勝。

比如，愛因斯坦認為，物體做高速運動時，時間會變慢。瑞典諾貝爾獎委員會那些壞脾氣的委員們覺得這個想法實在太瘋狂，拒絕向愛因斯坦的相對論頒發(fā)諾貝爾獎。再比如，在極低的溫度下，液氦會向上飄。而在高溫時，粒子相撞后會變身為其他東西，比如電子與正電子相撞會變成Z玻色子。如果僅憑直覺，我會認為這聽起來就像“兩輛車相撞變成了一艘游輪”一樣怪異。還有，在微觀尺度下，粒子就像得了人格分裂癥，會同時出現(xiàn)在兩個地方，產生我們之前提到過的量子力學謎題。而在天文學的大尺度下，咄咄怪事依然存在，比如，僅憑直覺，人類根本無法理解黑洞的性質。如果你能從直覺上理解黑洞的方方面面，那你絕對是鳳毛麟角！趕緊扔掉這本書，快去出版你的理論吧，免得有人在量子引力的諾貝爾獎上搶在你前面。

讓我們把尺度繼續(xù)放大，還有更多怪事在等著你，那里的現(xiàn)實比最高級的望遠鏡看到的所有東西都大得多。我們將在第4章中探索宇宙的早期，關于此，主流理論叫作“宇宙暴脹”（cosmological inflation）。這個理論暗示著，空間可不僅僅只是宏大而已，它實際上是無限的，包含著無窮多個你。這些“你”，在兩種不同類型的平行宇宙中，經歷著所有可能出現(xiàn)的人生道路。如果這個理論被證實，那么，即使我前面提及的量子力學觀點（“另一個我被撞死在上學路上”）存在一些謬誤，在太空中極遙遠之處，也可能存在著無數(shù)個太陽系，其中生活著無數(shù)個我，他們過著完全相同的日子，直到那個千鈞一發(fā)的時刻到來——決定不向右看。

也就是說，不管從極小的尺度還是極大的尺度看，物理學的發(fā)現(xiàn)都挑戰(zhàn)著我們對實在最基本的看法。在本書第10章，你會看到，當我們利用神經科學來鉆研大腦運作的方式時，即使在人類這個不大不小的尺度下，有關實在的觀點也會受到嚴峻的挑戰(zhàn)。

另外，正如圖0-1所顯示的那樣，數(shù)學方程為我們提供了一扇窺探大自然運行規(guī)律的窗口。然而，為何我們的物理世界會展現(xiàn)出如此極端的數(shù)學規(guī)律呢？這種數(shù)學規(guī)律非常重要，著名天文學家伽利略宣稱大自然是“一本用數(shù)學語言寫就的書”；而諾貝爾獎獲得者尤金·維格納（Eugene Wigner）則強調說，“數(shù)學在物理學中不可思議的有效性”簡直就是一個亟待解釋的神秘事件。我寫作本書的主要目的正是回答這個問題。在第9章和第10章，我們將探索計算、數(shù)學、物理學和意識之間的迷人關系，并探索我的一個聽起來很瘋狂的信念——我們的物理學世界不僅是被數(shù)學所描述，它正是數(shù)學本身，而人類正是這個巨大的數(shù)學體中具有自我意識的一部分。我們將看到，這個信念將開啟一扇門，門后暗藏著嶄新的、終極的平行宇宙。這些平行宇宙是如此龐大和奇異，以至于我之前提到的所有稀奇古怪之事都將黯然失色，迫使我們放棄關于實在的那些最根深蒂固的觀念。

圖0-1　當通過物理公式來看待世界時會發(fā)現(xiàn)，公式描述的是模式和規(guī)律。但對我來說，數(shù)學更像是通往外部世界的一扇窗口。在這本書里，我將告訴你，我們的物理世界不僅僅是被數(shù)學所描述，它正是數(shù)學本身；更確切地講，它是一個數(shù)學模型。

生命、宇宙、萬物，終極答案究竟是什么

在遙遠的遠古時代，人類祖先就已經開始追問什么才是實在，冥思苦想著這些關于實在的深邃問題。一切從何而來，又向何處去？宇宙究竟有多大？這些問題是如此迷人，全世界幾乎所有的人類文明都為其傾心。為此，人們創(chuàng)造出了各種創(chuàng)世神話、傳說和宗教信條。這些問題太難回答，并未形成一個全球統(tǒng)一的答案（見圖0-2）。如果所有文化都趨向一個統(tǒng)一的世界觀，那這說不定可以成為“終極的實在”。然而事情沒有那么簡單，每種文化給出的答案都大相徑庭，有一些則反映出人們不同的生活方式。比如，古埃及的創(chuàng)世神話認為尼羅河讓土地變得肥沃，而我們的世界正是從水中誕生；而在我的祖國瑞典，冰與火對生存非常重要，所以古挪威神話認為，生命起源于冰與火。很神奇吧！

圖0-2　在漫長的人類歷史上，許多思想家都曾為本書將討論的許多關于宇宙的問題弄得神魂顛倒，然而全球并沒有形成一個統(tǒng)一的答案。本圖由MIT的研究生大衛(wèi)·赫爾南德斯（David Hernandez）為我在2011年的宇宙學課程所制作。當然，這種簡單的分類法并不嚴格，所以你可以持保留態(tài)度。因為許多宗教都有多個分支和不同的解釋，還有一些可被分到多個種類中。比如，印度教在創(chuàng)世神話的三個分類中，都可以占有一席之地，因為根據(jù)傳說，創(chuàng)世神梵天（圖中的大神）和我們的宇宙都從一個蛋中而來，而這個蛋又是來自水。

這些終極問題，古人給出的答案都多少有點兒激進。那什么才是真實與實在呢？除去眼睛能看到的世界之外的世界，是真實存在的嗎？是的！這是柏拉圖在2 000多年前給出的答案。在他經典的洞穴之喻中，人就像被囚禁在一個山洞中，面朝空白的洞壁，身后的篝火將一切的影子投射在洞壁上，讓人誤以為婆娑搖曳的影子就是真實的世界。柏拉圖認為，被我們人類認為是“實在”的一切日常事物，都只是真實世界扭曲且局限的幻影。要想真正理解真實世界，必須打破思想的枷鎖。

我的物理學生涯告訴我，柏拉圖是正確的：現(xiàn)代物理學用不勝枚舉的例子證明，真實世界的終極本質并不是表面上看起來的那樣。但如果物理實在不是我們認為的那樣，那又應該是什么樣的？我們腦中構建的內部實在與外部實在有什么關系呢？萬物究竟由什么組成？世界是如何運轉的？為什么呢？一切的一切，是否有一個終極意義？如果有的話，又是什么？正如著名科幻小說家道格拉斯·亞當斯（Douglas Adams）在他的科幻作品《銀河系漫游指南》（The Hitchhiker’s Guide to the Galaxy）中所追問的那樣：“生命、宇宙和萬物的終極問題的答案究竟是什么？”

縱觀人類歷史，各個時代的思想家對“什么是實在”這個問題作出的回應可謂五花八門——不管是試圖回答它，還是忽略它。在此，我舉出了一些例子（見表0-1，這個表并不完全，也并不是所有例子都互斥）。

表0-1　對“什么是實在”的一些回答

這本書（包括我的科學職業(yè)生涯）是我個人對這些問題的追尋過程。這些思想家之所以有如此花樣繁多的答案，一部分原因是他們選擇從不同的角度來回答。所以，關于我個人如何解釋它，以及采用什么方法，在此我需要向讀者們說明一下?！皩嵲凇边@個詞可以有很多不同的內涵。在我眼中，它指的是包含我們自身的這個外部物理世界的終極本質。為了更好地理解它，我?guī)缀醣幻宰×?。那么，我采用了什么方法呢?/p>

還在上高中時的一天夜里，我讀了英國女偵探小說家阿加莎·克里斯蒂（Agatha Christie）的偵探小說《尼羅河慘案》（Death on the Nile）。盡管我知道第二天早上7點就得起床，但還是無法放下這本書。一直看到凌晨4點，謎題終于被解開了。我從小就對偵探小說神魂顛倒。12歲時，我和同班同學安德里亞斯·貝蒂（Andreas Bette）、馬提亞斯·博特納（Matthias Bothner）以及奧拉·漢松（Ola Hansson）成立了一個偵探俱樂部。我們從來沒有抓到過罪犯，但破解謎題卻讓我放飛了想象力。

對于我來說，“什么是實在”就像是一個終極的偵探故事，作為一個物理學家，我能花這么多時間來探索這個問題，實在是太幸運了。在下一章，我會告訴你，還有很多夜晚，我都被好奇心所驅使，通宵達旦地看書，直到謎題被破解。當然，還有很多夜晚，我不是在讀，而是在寫。我所寫下的，乃是一系列數(shù)學方程，但我知道，這些方程也像偵探小說一樣，能把我引領到終極答案面前。

我是一個物理學家，因此對“實在”的謎題，我采用物理學的解決方法。對我來說，我將從“宇宙有多大”和“萬物由什么組成”這種問題開始，并像對待偵探謎題一樣對待它們：對細致的觀察結果進行梳理，堅持追蹤每個線索，不管它將通向何方。

破解“實在”謎題，一場智識上的終極冒險

什么？物理學的解決方法？這簡直是澆滅人興奮之火的一盆冷水嘛。我很理解這一點。每當我坐在飛機上，鄰座的乘客問我做什么工作時，我都有兩個備選答案。如果我當時想聊聊天，我就會回答“天文學”，這將開啟一段有趣的對話^[1]；如果我當時不想聊天，我就會回答“物理學”，十有八九他們就會說“哦，這是我高中時學得最差的學科”，然后就不再搭理我，我的旅程便會清靜萬分。

實際上，物理學也是我高中時最不喜歡的學科。我現(xiàn)在還對第一堂物理課記憶猶新——物理老師用單調而平淡的聲音宣布：“本節(jié)課將學習有關密度的知識。密度，就是用質量除以體積。如果質量是這樣，體積是這樣，那么密度就是那樣……”從那之后，我腦子里一片糊涂。并且，每當物理老師的實驗失敗，他就會將問題歸咎于濕度，并說“今早還行的呢”。我的一些朋友并不知道為什么他的實驗總是失敗，直到有一天他發(fā)現(xiàn)，我淘氣地在他的示波器^[2]下面貼了一塊磁鐵……

申請大學時，我決定抵制物理學和其他科技領域，去了斯德哥爾摩經濟學院，主要研究環(huán)境問題。我想為地球盡一份力，讓它成為一個更美麗的星球。我發(fā)現(xiàn)，最主要的問題并不在于缺乏有效的技術方案，而在于沒有很好地利用它們。我還發(fā)現(xiàn)，影響人類行為的最好方法是觸動他們的錢包。創(chuàng)造經濟刺激，讓個人利己主義與公共利益結盟——這個想法把我給迷住了。然而，嗚呼哀哉，我的美夢破滅了。我得出一個結論：經濟學大體上是在兜售智力。說出權貴想聽的話，就會得到獎賞。不管政客想做什么，都能找到某個經濟學家來支持其做法。美國的羅斯?？偨y(tǒng)想要擴大政府開支，于是聽從于宏觀經濟學大師約翰·凱恩斯（Johan M.Keynes）；而里根總統(tǒng)想要減少政府開支，于是轉向反對政府過多干預經濟的經濟學大師米爾頓·弗里德曼（Milton Friedman）。

某一天，我的同學約翰·奧德霍夫（Johan Oldhoff）給了我一本書，改變了我的人生。這本書叫《別鬧了，費曼先生！》（Surely You’re Joking, Mr.Feynman！）k。我從來沒見過理查德·費曼，但正是他改變了我的人生道路，從經濟學轉向了物理學。當然，那本書的主要內容并不是講物理學，而更像是教你如何撬開門鎖和挑選女朋友，但我在字里行間感受到，這個家伙真是愛死物理學了。我被迷住了。如果你在路上看見一個長相平平的男生挽著一個傾國傾城的女孩，你一定會認為背后有什么不可言說的秘密，你可能會假設，她一定看到了他身上隱藏的閃光點。這也是我對物理學的感覺。我十分好奇，費曼到底看到了物理學的什么閃光點，是我在高中時所忽略的？

我很想解開這個謎題，所以我坐下來，開始讀從老爸書柜里找到的《費曼物理學講義》（The Feynman Lectures on Physics）第一卷。書上寫道：“假如，因為某次大災難，所有的科學知識都丟失了，只有一句話能傳給下一代，那么怎樣才能用最少的詞匯來表達最多的信息？”

哇哦！這個家伙和我的高中物理老師真的太不一樣了！費曼繼續(xù)寫道：“我相信這句話應該是：萬物都是由原子組成的——這種永恒運動著的小微粒，當它們分開時會相互吸引，而擠在一起時又相互排斥?！?/p>

我瞬間被點亮了。就像中了魔咒一樣，我廢寢忘食地讀啊，讀啊，讀啊。我覺得自己簡直像經歷了一場宗教式的洗禮。終于，猶如醍醐灌頂，坐地頓悟，我明白了自己一直以來忽略了什么，而這卻是費曼早就意識到的：物理學是終極的智力冒險，是為理解宇宙最深層次的謎題而進行的探索。物理學并不是給有趣的事情潑冷水，相反，它讓我們把周遭美麗且神秘的世界看得更加清楚。

秋天，在騎車上班的路上，我看見樹葉被染成了紅色、橙色和金色，它們是如此美麗。然而，用物理學的眼睛來看這些樹，還能揭示出更多的美！正如費曼所說的那樣，“我越看得深，就越能瞥見更多的優(yōu)雅”：在第2章，我們將看到，恒星才是樹木的終極來源；而在第7章，我們將看到，研究樹木的組成部分，將暗示著它們也存在于平行宇宙中。

那時，我有一個女朋友，在瑞典皇家理工學院學物理，她的課本看起來比我的有趣多了。可惜我們的關系沒能長久，但我對物理學的愛卻延續(xù)了下來。在瑞典，大學都是免費的，所以我在沒有告知斯德哥爾摩經濟學院的情況下，同時也注冊了她所在的大學。于是，我有了一個神秘的雙重身份。我的“偵探”生涯終于正式開始了。而這本書，正是我遲到了25年的“偵探報告”。

所以，究竟什么是實在？我在此設置了一個如此大膽的主題，并不是要自負地向你推銷一個終極答案（在本書后面的章節(jié)，我們會一起探索那些迷人的可能性），而是要邀請你來參加一場探險之旅，并和你分享我對這些腦洞大開的神秘問題的興奮和思考。我想，你會和我一樣，得出結論：不管實在到底是什么，它絕對和我們從前所認為的大不一樣，它是一個令人陶醉的謎題，深藏在我們的日常生活中。我相信，你會和我一樣，用一個全新的視角來看待所有的日常問題，比如罰單和胃痛，更容易不被它們影響，并盡情地享受生活。

當我第一次和我現(xiàn)在的編輯約翰·布羅克曼（John Brockman）討論寫作本書的想法時，他給我下了幾道“軍令”：“我不想要一本教材——我要你用心寫的書?！彼裕揖蛯懗隽艘槐居悬c兒像科學自傳的書，不過它的主要內容是關于物理學，而不是我。當然，這本書肯定也不像你通常所讀的那些科普書，那些書的作者一般都是從客觀的角度來講解物理學，主要反映科學共同體的主流觀點，并為反對意見留出同樣的空間。而我的這本書更像是我對實在的終極本質的個人探索。我非常希望你會喜歡我眼中的世界。在這本書里，我們將一起探索我認為最不可思議的事情，并嘗試找到它們的意義。

一開始，讓我們一起來看看，最新的科學進展對討論“什么是實在”的整個大環(huán)境有何改變。從極大的尺度（第1章～第5章）到極小的尺度（第6章和第7章），科學研究如何揭開了“實在”的面紗。在本書的第一部分，我們將追問“宇宙有多大”，為此，我們將在前所未有的大尺度上，探索宇宙的起源以及第一和第二層平行宇宙。在這里，你會發(fā)現(xiàn)一些暗藏的線索，暗示著宇宙從某種意義上來說是數(shù)學的。

在第二部分，我們將進入亞原子的微觀世界，馬不停蹄地探索“萬物由什么組成”。其間，你會發(fā)現(xiàn)新的線索，暗示著組成萬物的原材料從某種意義來說也是數(shù)學的。

在第三部分，我們將回頭來看看這一切對真實世界的終極本質來說意味著什么。我們會討論，不能理解人類意識并不代表不能完全理解外部物理實在。接下來，我們將踏上神秘的旅程——也就是我最激進和頗受爭議的想法：實在的終極本質就是數(shù)學。這不僅會瓦解我們熟悉的概念，比如隨機性和復雜性，甚至會讓它們變成幻覺。于是，最終極的第四層平行宇宙應運而生。最后，在結語部分，我們將回到一切開始的地方，也就是我們棲身的宇宙。此時，我們將討論，對宇宙中的生命、對人類以及對你我來說，這一切意味著什么？我們對未來有什么展望呢？一段迷人的旅程正在前方等著我們，讓我們開始吧！

◆我認為，關于真實世界的終極本質，物理學告訴我們的最重要的事情就是：不管它到底是什么，它都絕不是表面上看起來的那樣。

◆在第一部分，我們將把鏡頭拉遠，探索極大尺度下的物理實在，從行星到恒星，再到星系和超星系團，以及我們的宇宙和兩類可能的平行宇宙。

◆在第二部分，我們將把鏡頭拉近，追尋極小尺度下的物理實在，從原子到更小更本的粒子，并討論第三層平行宇宙。

◆在第三部分，我們將研究奇異物理實在的終極本質，考察宇宙終極純粹的數(shù)學性，尤其是第四層，也即最終極的一層平行宇宙中的數(shù)學結構。

◆對不同的人來說，“實在”的內涵是不同的。我所說的“實在”是指我們所存在的這個外部物理世界具有的終極本質。我從小就對這個問題很著迷。這本書是一場追尋“實在”之本質的個人冒險。跟我一起來吧！