本文发表于《大众科学》的前博客网络，仅反映作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
“关于宇宙最不可理解的事情是它是可理解的，”阿尔伯特·爱因斯坦曾说过这句名言。然而，如今，宇宙是否可理解，甚至是否是独一无二的，远未达成共识。基础物理学正面临一场危机，这场危机与经常被提及的两个流行概念有关，这两个概念可以用“多重宇宙”和“丑陋宇宙”这两个流行词语来概括。
多重宇宙的支持者主张，可能存在无数个其他宇宙，其中一些宇宙具有完全不同的物理学和空间维度数量；而你、我和其他一切事物可能以无数副本的形式存在。“多重宇宙可能是物理学中最危险的想法，”南非宇宙学家乔治·埃利斯认为。
自科学的早期以来，发现不太可能的巧合就会促使人们去解释，促使人们去寻找其背后的隐藏原因。一个现代的例子：物理定律似乎被精细调整，以允许能够发现这些定律的智慧生物的存在——这种巧合需要解释。
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随着多重宇宙的出现，这种情况发生了变化。无论巧合显得多么不可能，在构成多重宇宙的无数宇宙中，它都会在某个地方存在。如果巧合似乎有利于复杂结构、生命或意识的出现，那么我们甚至不应该惊讶于发现自己身处一个允许我们首先存在的宇宙中。但是，这种“人择推理”反过来意味着我们无法再预测任何事情。对于欧洲核子研究中心 (CERN) 寻找新粒子的物理学家来说，没有明显的指导原则。并且在宇宙的偶然属性背后没有基本定律可以被发现。
另一个挑战——“丑陋宇宙”——截然不同，但同样危险。根据理论物理学家萨宾娜·霍森菲尔德的说法，现代物理学已被其对“美”的偏见所误导，产生了数学上优雅的、投机性的幻想，而没有任何与实验的联系。她认为，物理学已经“迷失在数学中”。但是，如果我们不能再依赖这些概念，那么理解和仅仅拟合实验数据之间的区别将会变得模糊。
这两种挑战都有一定的道理。“自然法则为什么要关心我发现什么是美的？”霍森菲尔德理直气壮地问道，答案是：它们不应该。当然，如果自然是经典的，那么它可能是复杂的、混乱的和不可理解的。但自然并非如此。自然是量子力学的。虽然经典物理学是我们日常生活的科学，在日常生活中物体是可分离的、独立的个体，但量子力学是不同的。例如，您的汽车的状况与您妻子的连衣裙的颜色无关。然而，在量子力学中，曾经发生过因果接触的事物仍然是相关的，爱因斯坦将其描述为“幽灵般的超距作用”。这种相关性构成了结构，而结构就是美。
相比之下，多重宇宙似乎难以否认。量子力学尤其似乎对它着迷。将单个电子射向带有两条狭缝的屏幕会在屏幕后面的探测器上产生干涉图案。在每种情况下，电子似乎每次都穿过了两条狭缝。
量子物理学是核爆炸、智能手机和粒子碰撞背后的科学——并且以其怪异性而臭名昭著，例如薛定谔的猫处于半死半活的边缘状态。在量子力学中，不同的现实（例如“粒子在这里”和“粒子在那里”或“猫活着”和“猫死了”）可以像湖面上的波浪一样叠加。粒子可以处于“一半在这里一半在那里”的状态。这被称为“叠加”，对于粒子或波浪，它会产生干涉图案。
量子力学最初被设计用来描述微观世界，近年来已被证明可以控制越来越大的物体——如果它们与环境充分隔离。然而，不知何故，我们的日常生活似乎受到了保护，免受过多的量子怪异现象的影响。没有人见过不死猫，而且每当您测量粒子的位置时，您都会得到明确的结果。
一种直接的解释假设所有可能的选项都实现了，尽管是在不同的、平行的现实或“埃弗雷特分支”中——以 休·埃弗雷特 的名字命名，他首先倡导了这种被称为量子力学的“多世界解释”的观点。如果您关注马克斯·泰格马克在 2003 年 5 月的《大众科学》专题报道，埃弗雷特的“多世界”实际上是多重宇宙的一个例子——四分之一。其他的两个不太有趣，因为一个并不是真正的多重宇宙，而是我们自己宇宙中的不同区域，另一个是基于高度投机性的观点，即物质只不过是数学。剩下的多重宇宙是“弦理论景观”，我们稍后将返回讨论。
通过诉诸量子力学来证明物理学的美丽是合理的，似乎我们牺牲了宇宙的独特性。但这个结论源于肤浅的考虑。在这个图景中通常被忽视的是，埃弗雷特的多重宇宙不是基本的。正如南加州大学哲学家大卫·华莱士所坚持的那样，它只是表面上的或“涌现的”。
要理解这一点，需要理解量子测量和“幽灵般的超距作用”背后的原理。爱因斯坦、鲍里斯·波多尔斯基和内森尼尔·罗森在 1935 年指出，“纠缠”的概念对于这两种现象都至关重要。在量子力学中，两个自旋加起来为零的纠缠系统可以由具有相反方向的自旋对的叠加组成，同时绝对不确定单个自旋指向哪个方向。纠缠是自然将各个部分整合成一个整体的方式；组成部分的个体属性不再存在，以利于强相关的总系统。
每当测量量子系统或将其耦合到其环境时，纠缠都起着至关重要的作用。量子系统、观察者和宇宙的其余部分相互交织在一起。从局部观察者的角度来看，信息被分散到未知的环境中，并且由 H. 迪特尔·泽在 1970 年首次发现的称为“退相干”的过程开始发挥作用。退相干是经典性的代理。它描述了量子系统与周围环境相互作用时量子特性的丧失。退相干的作用就像打开量子物理学平行现实之间的拉链。从观察者的角度来看，宇宙和她自己似乎“分裂”成独立的埃弗雷特分支。观察者观察到一只活猫或一只死猫，但没有介于两者之间的任何东西。世界对她来说看起来是经典的，而从全球的角度来看，它仍然是量子力学的。事实上，在这种观点中，整个宇宙都是一个量子物体。
这就是罗格斯大学哲学家乔纳森·沙弗倡导的“量子单一体论”登场的地方。沙弗一直在思考宇宙是由什么构成的这个问题。根据量子单一体论，现实的基本层面不是由粒子或弦组成的，而是由宇宙本身组成的——理解为不是构成它的事物的总和，而是一个单一的、纠缠的量子态。
物理学家兼哲学家卡尔·弗里德里希·冯·魏茨泽克也曾更早地表达过类似的观点。认真对待量子力学预示着一个独特的、单一的量子现实，它是多重宇宙的基础。宇宙微波背景的均匀性和微小的温度波动表明，我们可观测的宇宙可以追溯到一个单一的量子态，通常被认为是为原始暴胀提供燃料的量子场，这些都支持了这一观点。
此外，这个结论还扩展到其他的多重宇宙概念，例如“弦理论景观”的各个山谷中不同的物理定律，或者在永恒宇宙暴胀中涌现的其他“婴儿宇宙”。由于纠缠是普遍存在的，因此它不会在我们宇宙区域的边界处停止。无论你拥有什么样的多重宇宙，当你采用量子单一体论时，它们都是一个完整整体的一部分。在多重宇宙中的多个宇宙之下，始终存在一个更基本的现实层面，而那个层面是独一无二的。
量子单一体论和埃弗雷特的多世界都是认真对待量子力学的预测。这些观点之间的区别仅在于视角。从局部观察者的角度来看，看起来像是“多世界”的东西，从全球的角度来看（例如，能够从外部观察整个宇宙的人的角度来看），实际上是一个单一的、独一无二的宇宙。
换句话说，多世界对于只掌握有限宇宙信息的观察者来说，看起来就像量子单一体论。事实上，埃弗雷特最初的动机是以“通用波函数”的形式发展对整个宇宙的量子描述。这就像您透过带格子的窗户向外看。自然看起来被分成不同的碎片，但这只是您的视角的人为产物。
单一体论和多世界都可以避免，但只有当人们要么改变量子力学的形式体系——通常以与爱因斯坦的狭义相对论相冲突的方式——要么将量子力学理解为关于知识的理论而不是关于自然的理论时：这是一种人文概念，而不是科学概念。
就目前而言，量子单一体论应被视为现代物理学中的一个关键概念。它解释了为什么“美”，被理解为自然界中看似独立的领域之间的结构、相关性和对称性，不是“构思不当的审美理想”，而是自然界从单一量子态下降的结果。此外，量子单一体论还消除了多重宇宙的困扰，因为它预测的相关性不仅在特定的婴儿宇宙中实现，而且在多重宇宙的任何单个分支中也实现——例如爱因斯坦-波多尔斯基-罗森态中纠缠自旋的相反方向。
最后，量子单一体论缓解了实验基础物理学中的危机，实验基础物理学依赖于越来越大的对撞机来研究越来越小的自然组成部分，仅仅是因为最小的组成部分不是现实的基本层面。研究量子力学的基础、量子场论的新领域或宇宙学中最大的结构可能被证明同样有用。
这并不意味着每一个观察到的巧合都指向物理学的基础，或者任何美的概念都应该在自然界中实现——但这告诉我们不应该停止寻求。因此，量子单一体论有可能拯救科学的灵魂：即存在一个独特的、可理解的和基本的现实的信念。