◎有幾個宇宙?

有時，科學上的發明或發現往往首先在科幻小說中出現。例如空間旅行，儒勒·凡爾納在1865年出版的第一部小說《從地球到月球》和它的續集《環繞且球》(1869年出版)中，先於“阿波羅”11號飛船整整1個世紀“登”上月球，先於萊特兄弟首次在基蒂霍克飛行40年“飛”上藍天。凡爾納甚至讓他的“宇宙飛船”從佛羅裏達起飛，濺落在太平洋上，隻與“阿波羅”9號降落地點相差 2．5英裏(4公裏)，這是“阿波羅”9號宇航員弗蘭克·玻曼後來在寫給凡爾納的孫子的信中提到的。如果要對後來的這種“先知先覺”的小說進行評比，克利夫·卡特米爾的小說《最後期限》也許該獲得冠軍。這篇小說刊登在1944年夏天的《驚駭科幻小說》上。這篇小說中的科學家正在研究的東西與當時物理學家正在進行的原子彈研究計劃驚人地相似。最後，居然引起了華盛頓的警覺，因為在這篇小說中，描寫了科學家正在執行一個名叫“哈得孫河計劃”的秘密計劃，這與當時真正的最高機密“曼哈頓計劃”極其接近。卡特米爾和雜誌的編輯約翰·W·坎貝爾因此遭到美國聯邦調查局調查。最後，兩人費盡唇舌，終於讓聯邦調查局的官員們相信這隻是一篇以公眾中談論了十多年的話題為素材改編的故事。

1952年，一部由傑克·威廉姆森創作的小說是一個更特別的例子。凡爾納是一個用科學方法使故事生動豐滿的老手——他實際上獲得了正確的飛向月球的逃逸速度值——但在古希臘時期人們就幻想過飛向月球。當克利夫·卡特米爾寫作他的小說時，利用原子能已經成為一個公眾話題幾十年了——事實上，威爾斯在他1913年的小說《世界的解放)中就已經創造了“原子彈”這個名詞。但威廉姆森與上述這些作家都不同，他在 1952年的著作《時間兵團》中預言了理論科學中的一個事件。

威廉姆森是二戰後最富有想象力的科幻小說作家之一，與那些把科幻小說建立在自然科學基礎上的人不同，實際上，他有很好的科學背景，但是他更喜歡把一些可能性極小的事情盡可能地擴展。他在《時間兵團》中就是這樣做的，這是一部關於在並行宇宙中往返的故事，科學作家約翰·格裏賓在他1984年關於量子物理學的著作《尋找薛定諤的貓》中寫道：“據我所知，這是第一次，在事實上或在科幻小說中，並行世界的想法(後來成為量子力學對多個世界的解釋)出現在出版物中。”

“測地線有無限多可能的分支，這就是亞原子粒子測不準的原因”，這是威廉姆森對所發生的事情的部分解釋。胡言亂語?根本不是。格裏賓指出。物理學家休·埃弗雷特在他1957年關於這一論題的著名的博士論文中寫道：“他不可能再取得任何進展了，盡管他的工作是建立在可靠的數學基礎之上的。”埃弗雷特的論文引發了一場大規模的爭論，他在論文中指出宇宙在演化時可能在不斷分裂，創造了無限多個宇宙。但是認為這些宇宙是並行的想法是不正確的，相反，每一個宇宙可能是從前一個宇宙中分出來的，新的宇宙又繼續發生分裂。在一個宇宙(我們所處的宇宙)中林肯可能被約翰·威爾克斯·布斯刺殺了，但是在另一個宇宙中，林肯身上的傷可能不是致命的，在另一個別的宇宙中，他可能根本沒被人刺殺，而在其他宇宙中，也許林肯和布斯都不存在。在有的宇宙中可能美國根本不存在，在另外的宇宙中，人類可能還沒有出現。

物理學家布賴斯·德威特是這一理論的擁護者，他坦率地說：“每一個發生在每一個恒星、星係和宇宙的遙遠的角落的量子躍遷，都把我們地球上的本地世界分裂成無數個副本。我能清楚地回想起我第一次聽到多個世界的觀點給我帶來的震撼。”按常理，實際上我們對於“真實性”的直覺可能會使我們起來反對這個觀點。正因為這個原因，許多物理學家不能接受它。但即使是那些不能接受它的人也承認它在數學推理上並沒有錯誤——用量子理論來解釋也是可行的。就像我們在第十五章所講述的那樣，新的實驗性的研究表明，量子物理學可以應用於我們已知的有形世界中，同樣也可以在亞原子級得到應用。

多世界理論不被大家所接受，有一部分原因是因為它的複雜性和似乎不可驗證性——根據定義，多個世界之間似乎沒有聯係，要證明多世界的存在是不可能的。我們先來回顧一下暴漲理論，它所描述的關於宇宙大爆炸後發生的情形也是很複雜和無法驗證的，但是物理學家還是接受了它。為什麽就不能接受多個宇宙的理論呢?這兩個新穎的理論受歡迎的程度的差異在於暴漲理論解決了宇宙學家的一些問題，這樣他們願意接受這樣的理論，盡管這個理論是無法驗證的。而多宇宙理論可能作為量子力學的數學解釋是有意義的，但它不能解決任何問題——相反，它隻能帶來新的問題，這樣一來，最好的辦法是忽視它。抱有同樣想法的讀者將不乏同盟者——因為這正是多宇宙理論的擁護者反複強調的。約翰·惠勒是氫彈製造的監督者，也是“黑洞”這個名字的提出者，他是休·埃弗雷特的導師，他對埃弗雷特多世界理論的建立作出了貢獻，但他最終站出來反對這個理論，原因是他認為這個理論需要背上許多形而上的包袱。

惠勒自己也得出了一個多宇宙的結論，但與埃弗雷特的不同。按他的觀點，宇宙膨脹到某種程度後便開始收縮，收縮的最終結果是宇宙的密度和溫度都變得無窮大——於是一次新的大爆炸不可避免地發生了。但是，接下來形成的宇宙完全不同於以前的宇宙，這種過程周而複始，永無止境。在這個新宇宙中所有的物理規律與我們現在所知的完全不同，牛頓定律和愛因斯坦的相對論將不再適用。實際上正如TrinhXu-anThuan在他的《秘密的旋律》中寫的那樣：“在大多數的宇宙中將不再具有智慧生命產生的條件，我們的宇宙碰巧具備了這樣的條件……惠勒用一個無數次繼承的宇宙觀代替了埃弗雷特狂亂的多宇宙複製品宇宙觀，但是它們在思想上是一致的，即有無窮多個宇宙，物理常數、宇宙的初始條件甚至是物理定律都可能是隨機變化的，而且，這些宇宙是完全互相不聯係的。”Thuan在20世紀90年代中葉提到，從一定程度上說，埃弗雷特的循環宇宙觀比埃弗雷特的分岔宇宙觀更加缺少科學基礎。原因之一是沒有證據表明宇宙包含足夠的物質能引起它坍縮，這點很重要，因為最近的天文學證據恰恰支持相反的觀點，即宇宙將永遠膨脹。

斯蒂芬·霍金與埃弗雷特有相同的想法，仍然是多個宇宙的觀點，但是，讓一些宇宙學家更容易接受。正如米其奧·卡庫於1994年在他的著作《超空間》中指出的，霍金一開始“與其說是一個量子理論學家還不如說是一個純粹的經典相對論者”。換句話說，愛因斯坦的相對論和海森伯的不確定性原理融入了他早期的工作。多年後，霍金相信惟有量子理論才能幫他和其他物理學家找到近年來一直在尋找的“大統一理論”。這個理論將把量子理論和牛頓及愛因斯坦的理論都統一起來。

量子理論假定一個波函數，這個波函數包含一個給定的粒子的每一種可能的未來狀態。霍金想把整個宇宙看作一個量子粒子，因為這種粒子有無限多種可能的狀態，這也意味著存在無限多個宇宙。當大多數其他宇宙都死亡後，波函數似乎是我們宇宙的一部分(或許我們將不在這裏思考這些事情，而是作為波函數的觀測者)。但是，因為波函數固有的無限多可能性，別的地方仍然有可能已經產生了另一個宇宙，甚至比我們的宇宙更“優越”，這種可能性是存在的。在另外一個假想的宇宙上，我們正在苦苦思索的問題說不定已經被比我們智慧的生物解決了。

就像埃弗雷特的分岔宇宙一樣，霍金的多個宇宙也是無法計數的、彼此獨立的、離散的泡泡。在埃弗雷特的方程中，我們以自己的行為創造了新的宇宙，在其中我們被分割成幾個現實，盡管在走向永恒的路上，新的分岔將不包括你我或物理學家，在那個宇宙中的量子粒子想必分得足夠開以至於已經把我們統統甩開了。考慮一個現實但很可怕的例子，我們將被很快殺死，因為在另一個分岔宇宙中，由醉鬼駕駛的迎麵而來的汽車將把我們撞死而不是避開我們。

埃弗雷特的分岔宇宙理論的確令許多人感到不安——包括物理學家，也包括水管工人和銀行出納，因為它剝奪了自由意誌。不管我們做什麽，新的宇宙將被創生，在其中我們無能為力。在一個或另一個分岔宇宙中，我們每一個行動的所有可能都存在。那麽，無論我們做什麽都無關緊要?我們的選擇，無論是好是壞，將不再作數。物理學家發現這個觀點格外令人厭煩——畢竟，他們的生活是在試圖弄清事情的真相。如果所尋求的答案是一個宇宙，在其中，每一種答案在其各自現實中都處於同等地位，這將多麽令人泄氣。何必自尋煩惱呢?

另一方麵，分岔宇宙理論對那些因過去的生活一去不複返而悶悶不樂的人來是很誘人的。知道自己在另一個宇宙中成了一個醫生而不是因為考試不及格而從醫學院退學；說服自己初戀的情人嫁給自己而不是被那個假冒的求婚者捷足先登；自己成了一位暢銷書作者而不是閣樓上堆滿了未能出版的手稿的倒黴人該是多好的事情。在某些地方足球被接住了，蛋奶酥漲價了，小夥子的微笑不見了，升職被同意了，把這些都帶走不是一個好主意，因為明天也許是一個噩夢。

到此為止，我們見識了傑出的物理學家提出的多宇宙理論，它們在數學上是可行的。盡管一些物理學家不喜歡它們的含義，但對此還是嚴肅對待。這些宇宙理論有：埃弗雷特的分岔宇宙、霍金的泡泡宇宙、惠勒的無盡的再生宇宙(這些宇宙膨脹、收縮，然後在大爆炸中重生，宇宙所有的一切也隨之而改變)。但仍有另外一種多宇宙的可能性，沒有人從數學上證明它的存在，但根據量子理論，它也是可能存在的。

20世紀30年代，亨利·海斯寫了一個科幻故事名叫《縮身人》，這篇小說對年輕的艾薩克·阿西莫夫產生了深刻的影響，後來，它被收錄到文集《黃金時代之前》中。在這個故事中，一個希望探索分子結構的科學家調製了一種藥水，他能把一個人收縮到分子大小。然後他說服他的助手首先實驗一下。這個故事的這部分很難當真，把傑基爾醫生(小說《化身博士》的主人公)的不老藥推向極限。海斯的故事成了暢銷書。故事是以助手為第一人稱講述的，助手用藥後開始縮小了，而且一直縮小，穿過一個又一個宇宙，經過了一年又一年。在別的宇宙中與那裏的奇異的居民多次打交道，經曆過許多次冒險後，這個不朽的旅行者經過收縮後發現自己正在太陽係，最終降落在伊利湖，這時他已經成了一個高聳的巨人，克利夫蘭的居民被這個龐然大物嚇壞了。當他收縮到與人差不多大小的時候，他找了一個科學家兼作家，把他催眠然後告訴他這個不可思議的故事。這個科學家在精神恍惚的時候用速記法記下了這個故事。當他清醒過來時，發現來訪者消失在他剛才用來記錄的紙中，他趕緊把這個來訪者的故事告訴世人。

關於這個主題海斯不曾說什麽，他試圖讓公眾了解我們的世界、我們的星係、我們的宇宙隻是另一個更大的宇宙桌上的分子。伊利湖岸邊的沙子中肯定也包含他們自己的整個宇宙，同時，可憐的傲慢的科學家收縮後穿過一層又一層宇宙，每縮小一次都擁有他自己的完整的宇宙。

這隻是一個故事，一個聰明的故事，它把一個令人難以置信的思想通過一個簡單的方法表達出來——這隻是一個科幻故事。回想一下傑克·威廉姆森的《時間兵團》也隻是一個故事，那部小說的多宇宙理論很快得到數學上的支持，同時也促使世界上最偉大的物理學家去思考它的含義。

存在多個宇宙嗎?許多科學家認為肯定存在，但是因為我們無法與它們取得聯係，不同的物理學家便構造許多數學上似乎合理的場景去描繪它們可能的樣子。因為這種宇宙的含義如此令人不安，它們背負了太多“形而上的包袱”，所以約翰·惠勒說，相當多的物理學家認為對這類思想的探索本質上是浪費時間，不如把這類素材留給哲學家和科幻小說作家。但是霍金、埃弗雷特以及其他人感到除非這種可能性能受到重視和處理，否則與我們的存在的局限性有很大關係的問題的答案永遠無法發現。哲學家艾伯塔斯·馬格努斯說過：“存在許多世界嗎?還是隻有一個?這是在研究自然中最高貴的問題之一。”這將毫無疑問屬於那些一直不停地詢問的人，不管答案有多麽奇特。

◎光導纖維的發明與信息高速公路之謎

光導纖維的發明得從激光說起，因為光纖通信技術中用於傳輸信息的光，不是普通的光，而是激光。

1960年，年輕的美國物理學家梅曼，發明了世界上第一台紅寶石激光器，他還用這種激光器發出了一種神奇的激光。從此，光通信有了發展。光譜線很窄的激光是純度極高的單色光，其特性是：振動規則、單一頻率、能量高度集中、方向性好、亮度極強。信息可以通過它傳輸。

1970年，超純度玻璃纖維由美國康寧玻璃公司首次製成，光衰減為20分貝／千米的玻璃絲。光以這種拉得很細的玻璃絲——光纖作為“導線”，可以從一端傳到另一端。科學家做了許多實驗後發現，無論玻璃絲彎曲到何種程度，隻要有合適的入射光角度，在玻璃絲內來回反射的激光便會沿著導線傳到很遠很遠的對端。人們把這種玻璃絲稱作光導纖維，光纖是對它的簡稱。

光纖包括兩層，中間的一層是直徑隻有幾微米的纖芯，外麵的“包層”是用玻璃或石英製成的，這層對光具有極強的反射能力，光纖的外層還裹有厚厚一層保護光纖的塑料。光纖就這樣緊緊地“封閉”住光，讓其經過多次反射後到達另一端。

信息傳遞的速度由於光纖通信而大大加快，信息從此走上了“高速公路”。在一根比頭發絲還細的光纖中，可以同時傳輸幾千套電視節目或者幾萬路電話。這樣大的通信容量的確令人吃驚。而最先進的“光波複用”技術，還可以將其提高幾十倍。