大约十年前，意大利蒙扎市议会禁止宠物主人将金鱼养在弯曲的鱼缸中。 该措施的发起人解释说，将鱼养在碗里是很残忍的，因为弯曲的碗壁会给鱼带来扭曲的现实视野。 除了这项措施对可怜的金鱼的意义之外，这个故事还提出了一个有趣的哲学问题：我们如何知道我们感知的现实是真实的？ 金鱼看到的现实版本与我们的不同，但我们能确定它就一定不那么真实吗？ 就我们所知，我们也可能一生都在通过扭曲的镜头凝视世界。
在物理学中，这个问题并非学术性的。 事实上，物理学家和宇宙学家发现自己也处于与金鱼类似的困境。 几十年来，我们一直努力提出一个终极的万物理论——一套完整且自洽的自然基本定律，可以解释现实的方方面面。 现在看来，这项探索可能不会产生单一的理论，而是一个相互关联的理论家族，每个理论都描述了它自己的现实版本，就好像它通过自己的鱼缸观察宇宙一样。
对于许多人，包括一些在职科学家来说，这种概念可能难以接受。 大多数人认为，存在一个客观的现实，我们的感官和科学直接传递关于物质世界的信息。 经典科学的基础是这样一种信念，即存在一个外部世界，其属性是确定的，并且独立于感知它们的观察者。 在哲学中，这种信念被称为实在论。
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然而，那些还记得蒂莫西·利里和 20 世纪 60 年代的人知道另一种可能性：一个人对现实的概念可能取决于感知者的思想。 这种观点，存在各种细微的差异，其名称包括反实在论、工具主义或唯心主义。 根据这些学说，我们所知道的世界是由人类大脑利用感官数据作为其原始材料构建的，并受到我们大脑的解释结构的塑造。 这种观点可能难以接受，但并不难理解。 没有办法将观察者——我们——从我们对世界的感知中移除。
物理学的发展方向表明，实在论正变得难以捍卫。 在经典物理学中——牛顿物理学如此准确地描述了我们的日常经验——诸如物体和位置等术语的解释在很大程度上与我们对这些概念的常识性“现实”理解相符。 然而，作为测量设备，我们是粗糙的仪器。 物理学家发现，日常物体和我们看到它们所依赖的光是由我们无法直接感知的物体（例如电子和光子）构成的。 这些物体不受经典物理学的支配，而是受量子理论定律的支配。
量子理论的现实与经典物理学的现实截然不同。 在量子理论的框架内，粒子既没有确定的位置，也没有确定的速度，除非并且直到观察者测量这些量。 在某些情况下，单个物体甚至不具有独立的生存，而只是作为多个物体的集合的一部分存在。 量子物理学对我们过去的概念也具有重要的影响。 在经典物理学中，过去被假定为一系列确定的事件存在，但根据量子物理学，过去就像未来一样，是不确定的，并且仅作为一系列可能性存在。 即使是作为一个整体的宇宙也没有单一的过去或历史。 因此，量子物理学暗示的现实与经典物理学的现实不同——即使后者与我们的直觉相符，并且在设计建筑物和桥梁等事物时仍然对我们很有用。
这些例子得出了一个结论，该结论为解释现代科学提供了一个重要的框架。 在我们看来，不存在独立于图像或理论的现实概念。 相反，我们采纳了一种我们称之为模型依赖实在论的观点：物理理论或世界图景是一种模型（通常是数学性质的）以及一组将模型元素与观察联系起来的规则。 根据模型依赖实在论，询问模型是否真实是毫无意义的，重要的是它是否与观察结果一致。 如果两个模型都与观察结果一致，则不能认为其中一个模型比另一个模型更真实。 一个人可以使用在当前情况下更方便的模型。
参考系
替代现实的想法是当今流行文化的主流。 例如，在科幻电影《黑客帝国》中，人类在不知不觉中生活在由智能计算机创建的模拟虚拟现实中，目的是让他们保持平静和满足，同时计算机吸取他们的生物电能（无论那是什么）。 我们怎么知道我们不仅仅是生活在类似黑客帝国的世界中的计算机生成的角色？ 如果我们生活在一个合成的、虚构的世界中，事件不一定具有任何逻辑或一致性，也不一定遵守任何定律。 控制我们的外星人可能会觉得看到我们的反应更有趣或更有趣，例如，如果世界上每个人突然都认为巧克力令人厌恶或战争不是一种选择，但这从未发生过。 如果外星人确实强制执行一致的定律，我们将无法分辨模拟现实背后是否还存在另一个现实。 将外星人居住的世界称为“真实的”世界，而将计算机生成的世界称为虚假的世界是很容易的。 但是，如果像我们一样，模拟世界中的生物无法从外部凝视他们的宇宙，他们就没有理由怀疑他们自己的现实图景。
金鱼也处于类似的情况。 它们从弯曲的碗外看到的景象与我们不同，但它们仍然可以制定科学定律来管理它们在外面观察到的物体的运动。 例如，由于光线从空气传播到水时会发生弯曲，因此我们观察到沿直线运动的自由移动物体将被金鱼观察到沿曲线路径运动。 金鱼可以从它们扭曲的参考系中制定科学定律，这些定律将始终成立，并且能够使它们预测碗外物体的未来运动。 它们的定律将比我们框架中的定律更复杂，但简单性是个人喜好问题。 如果金鱼制定了这样的理论，我们就不得不承认金鱼的观点是现实的有效图景。
现实世界中不同现实图景的一个著名例子是托勒密的地球中心宇宙模型与哥白尼的太阳中心模型之间的对比。 尽管人们常说哥白尼证明了托勒密是错误的，但事实并非如此。 正如我们在看待世界的方式与金鱼看待世界的方式一样，人们可以使用任何一种图景作为宇宙的模型，因为我们可以通过假设地球或太阳处于静止状态来解释我们对天体的观测。 尽管哥白尼体系在关于宇宙本质的哲学辩论中发挥了作用，但哥白尼体系的真正优势在于，在太阳处于静止状态的参考系中，运动方程要简单得多。
模型依赖实在论不仅适用于科学模型，也适用于我们所有人为解释和理解日常世界而创建的有意识和潜意识心理模型。 例如，人类大脑处理来自视神经的原始数据，结合来自双眼的输入，增强分辨率并填补空白，例如视网膜盲点中的空白。 此外，它还从视网膜的二维数据中创建了三维空间的印象。 当你看到椅子时，你仅仅是利用椅子散射的光来构建椅子的心理图像或模型。 大脑非常擅长构建模型，以至于如果人们戴上将眼睛中的图像颠倒的眼镜，他们的大脑会改变模型，以便他们再次以正确的方式看待事物——希望在他们试图坐下之前。
深层理论的惊鸿一瞥
在探索发现物理学终极定律的过程中，没有哪种方法比弦理论引起了更高的希望——或更多的争议。 弦理论最初于 20 世纪 70 年代提出，旨在将自然界的所有力统一到一个连贯的框架中，特别是将引力力引入量子物理学领域。 然而，到 20 世纪 90 年代初，物理学家发现弦理论存在一个尴尬的问题：存在五种不同的弦理论。 对于那些主张弦理论是独特的万物理论的人来说，这真是令人尴尬。 在 20 世纪 90 年代中期，研究人员开始发现，这些不同的理论——以及另一种称为超引力的理论——实际上描述了相同的现象，这让他们有了一些希望，认为它们最终会成为一个统一的理论。 这些理论确实通过物理学家称之为对偶性的东西联系起来，对偶性是一种用于来回翻译概念的数学词典。 但是，唉，每种理论都只是在一定条件范围内（例如，在低能量下）对现象的良好描述。 没有一种理论可以描述宇宙的方方面面。
弦理论家现在确信，五种不同的弦理论只是对一个更基本的理论（称为 M 理论）的不同近似。 （似乎没有人知道“M”代表什么。 它可能是“master”、“miracle”或“mystery”，或者三者兼而有之。）人们仍在努力破译 M 理论的本质，但似乎对自然界单一理论的传统期望可能是站不住脚的，并且为了描述宇宙，我们必须在不同的情况下采用不同的理论。 因此，M 理论不是通常意义上的理论，而是一个理论网络。 它有点像地图。 为了在平面上忠实地表示整个地球，必须使用一系列地图，每张地图覆盖有限的区域。 地图彼此重叠，在重叠处，它们显示相同的景观。 同样，M 理论家族中的不同理论可能看起来非常不同，但它们都可以被视为同一底层理论的版本，并且它们都在重叠处预测相同的现象，但没有一种理论在所有情况下都适用。
每当我们开发出一个世界模型并发现它成功时，我们都倾向于将现实的品质归于该模型。 但 M 理论，就像金鱼的例子一样，表明相同的物理情况可以用不同的方式建模，每种方式都采用不同的基本要素和概念。 可能为了描述宇宙，我们必须在不同的情况下采用不同的理论。 每种理论都可能有其自身的现实版本，但根据模型依赖实在论，这种多样性是可以接受的，并且不能说任何一种版本比任何其他版本更真实。 这既不是物理学家对自然界理论的传统期望，也不符合我们对现实的日常观念。 但这可能是宇宙的运行方式。