11月3日，宇宙已經在2019年騰訊科學WE大會上，經歷哥倫比亞大學物理系和數學系教授Brian Greene帶來了最前沿的無數探索之一——弦理論的最新成果。作為弦理論研究的爆炸領軍人物，Greene通過三個故事講解了多重宇宙存在的宇宙已經可能性，“也許以后，經歷會認為我們的無數宇宙并不是整個宇宙空間的中心，而只是爆炸無數宇宙中的一個。”以下為Greene教授演講全文。宇宙已經

非常高興能夠在這里向大家做這個報告。經歷長期以來，無數“宇宙”這個詞一直意味著，爆炸所有的宇宙已經事物都存在于其中。

可是經歷在過去10年中，科學家逐漸意識到，無數無所不有的宇宙似乎只是一個更大、更宏偉和更寬廣的宇宙全景中的一個，這就是所謂的多重宇宙。

接下來，我會給大家講三個小故事。這些故事讓我們注意到一種可能性，那就是我們或許生存在多重宇宙中。我們并不能證明多重宇宙的存在，但這能激勵我們像很多科學家一樣認真的對待這個概念和它存在的可能性。

這些故事都有一個共同的特點，都依賴于我們對“引力”的了解。所謂“引力”，首先是由牛頓在公元1600年左右用物理的語言進行了描述。他認為“引力”甚至能夠預測星辰如何運轉，如行星如何圍繞恒星運行。

現在，全世界的學生都學過萬有引力方程，就是這樣一個能印在襯衫上的數學簡單方程，竟然就可以幫助我們預測物體應該處于什么地方。當我們仰望星空的時候，這個方程能準確預測星辰的位置。

可以說，了解到引力是控制宇宙運行的通行規律，讓我們的認知有了一個飛躍。但是牛頓似乎還是遺漏了一些事情，他沒有說明引力這個“力”到底怎么控制天體運行，它怎么會從一個地方作用于另外一個地方？為什么太陽在那里，而地球為什么在這里？引力又是如何發揮作用的？

后來，愛因斯坦解決了這個問題。他貢獻了一種全新的思考引力的方式。他說，大家試想一下引力，可以打個比方，就像是有這么一個橡膠墊子，很有韌性。假設你扔出一個較重的物體，這個墊子就會陷下去，因為它把這個墊子的表面壓彎了。

引力就是這樣，我們可以不用將它想象成一個墊子，而是一個三維空間。可能全面認識有點難，我們把它簡化為二維，就像這個橡皮墊子一樣。如果是太陽這么大的一個物體放上去的話，整個表面就會發生彎曲。旁邊就是地球，圍著太陽系運轉，它也會壓彎這個表面；旁邊還有一個月球，月球也會壓彎這個表面，這就是引力的運轉機制。根據愛因斯坦的學說，星球的運轉就是這樣進行的。

1919年的天文觀測，驗證了這個學說。當時，在日食的時候，光線軌跡的變化驗證了光線在引力作用下彎曲，這使得愛因斯坦成為了世界上最受人尊敬的科學家，大家開始繼承并不斷發展他的想法。

其中有一個人非常杰出，他叫做勒梅特。他開始是一個神職人員，但還擁有麻省理工學院的博士學位。勒梅特繼承和發展了愛因斯坦的數學方程，讓它不止能用于解釋像太陽或者地球這樣的天體，還能解釋整個宇宙。

他有一個令人驚奇的發現，愛因斯坦的數學方程并不會讓宇宙一直保持靜態，因為這樣的宇宙和數學描述并不相符。如果是按照數學方程計算的話，不久之后宇宙或者會坍縮，或者會膨脹。

愛因斯坦認為宇宙應該是無窮無盡和永遠不變的。但是，哈勃的觀測改變 這一觀點。哈勃一開始學習法律想做一名律師，但后來他改變了職業，成為了天文學家。他用強大的望遠鏡觀測整個銀河系，發現宇宙在膨脹。就像愛因斯坦的數學方程計算出的那樣，宇宙起源于一次大爆炸。最開始的宇宙非常小、密度非常大，但隨著不斷膨脹，溫度會逐漸降低，但體積越來越大，這就是宇宙起源的過程。

這是一個美麗的故事，它始于簡單的數學，從牛頓簡單的引力方程到較為復雜的愛因斯坦的數學方程，給了我們一個圖景，告訴我們宇宙是如何從它的歷史早期能夠發展到現在，并一直延續到未來。

所以，這是一個巨大的成就。想一想，我們只是人類，我們在這個星球上并沒有沒活多少年，但是有這么一個數學方程能告訴我們宇宙的起源。但是，這個理論還有一個問題：它沒有告訴我們，是什么推動著最初的膨脹。

可以說這個問題幾十年來都沒有被解決。大家都認為引力是宇宙當中最強的力。但是，一般我們想到引力的時候，都想到什么樣的力量會拉著我們靠近，把東西都聚在一起。如果你想往外走就需要有一個力，在相反的方向來發揮作用。

所以20世紀70年代末，科學家開始研究愛因斯坦的數學方程，發現引力有兩種形態：第一，吸引，就像我們司空見慣的那樣，就像我們在地球上有引力，我們不離開地面一樣。第二，整個外太空中存在均勻分布的能量，它使得另外一種引力，也就是所謂的反斥引力存在，它會把物質推出去。這樣的一種能量，就像宇宙的燃料一樣，推動著我們所在的這個宇宙不斷地膨脹。

這個觀點是根據宇宙微波背景輻射預測出來的。這個背景中顏色的差異代表著溫度的差異，也就是十萬分之一。引力方程告訴我們，宇宙在反斥引力作用下是快速爆炸的話，通過量子力學，我們就會了解宇宙產生溫度差。引力方程預測，在微波背景輻射中的不同位置，溫度差應當如何分布。

我舉這個例子的原因在于，它符合多重宇宙的大局觀。這告訴我們，我們宇宙的膨脹基本上不可能完全用光這樣的燃料。其中一些燃料在推動著我們的大爆炸，但是還會剩下一些的話，剩下的怎么辦？會再導致下一個大爆炸，再剩下來再爆炸一次……一次接著一次，就使得一個宇宙成為了另一個宇宙。

這是我們的大爆炸，剩下的燃料引發一次又一次的大爆炸，每一次都會產生它的星系，變成一個真正的宇宙，存在于我們整個宇宙的大局觀中。

在理解這個問題時，你會發現如果推進到微觀世界，就會出現一些問題。要讓量子力學和引力能夠匹配，我們需要有一個新的認識維度，而這個新的認識就會產生新的思想，也就是弦理論，這就是第二個故事了。

在微觀世界中，我們會看到物質最根本的組成形態。比如，我們知道夸克、電子，大家對這些微粒都比較熟悉，而世界似乎由它們來組成。但還有這些非常微小、振動的弦。這些能量弦，也許才是物質的本質和核心。

我們可以展開一個美好的設想，比如宇宙中的萬物，都是來自這些星系的能量弦和它們的振動方式。在宏觀的尺度上，我們知道愛因斯坦給我們講述了引力，也告訴了我們大爆炸的機制，因而宇宙演化也具有可能。

但是到了微觀，我們看待物質時，最后歸結于這些振動的能量弦。而這個故事的復雜之處就在于，在弦理論中利用數學方程，需要有一個條件成立，這就是我們周邊的世界需要超過三維。

大家都熟悉三個空間維度，但根據弦理論，需要有更多維度。這里還有更多的扭曲、彎曲的弦，這個維度組成了不同的形狀。

大家知道，丘成桐是非常有名的華人數學家，他也曾是我的老師。在這個微觀世界中，這些弦的振動方式是由額外維度的幾何形狀所決定的。這個理論的美妙之處就在于，如果我們知道這些額外維度在微觀上準確的形狀，我們就可以回答100年來一直回答不了問題。

為什么電子有一個固定的質量，為什么夸克就有那么大的質量呢？最后所有的理論，都會決定這些額外維度的形狀。

20世紀80年代，我還是一個學生，那時我們只了解5個已知的額外維度形狀。經過大家的持續努力，到了20世紀90年代時，上千個可能的額外維度形狀被發現了。不過還好，物理學家總有些事要干吧。再過了不少年，這個數字變成了上萬個，最后是上百萬，到現在有10的500次方的潛在空間形狀。這么大的數量怎么辦呢？這個理論如何往下發展？

有些人認為這個理論無法拿來預測，因為你只有知道弦的形狀，知道它的振動，才能夠進行預測，可是怎么從這么多中選擇一個呢？

但是有另外一種方式，它能夠聯系到多重宇宙的思想。也許形狀不只一個，也許所有的形狀都是正確的形狀，而正確之處在于也許不只有一個宇宙，而是有多重宇宙。

我們再把這個故事跟第一個故事聯系起來，想像一下如果有多重的大爆炸，每一次大爆炸產生一個不同的宇宙，每一個宇宙的額外維度形狀不一樣，額外維度在每一個宇宙當中如何去呈現的呢？大家可以看到宇宙的情況，每一個宇宙額外維度的形狀是怎么樣的。我們的宇宙是這樣的形狀，但是還有別的宇宙，它們的形狀對于額外維度來說是不一樣的，因此物質的性狀也不一樣。

下面講第三個故事，它會把第一個和第二個故事聯系起來。這個故事來自于現在的觀測。在20世紀90年代末，有兩個天文學家團隊，他們宣布一個科研成果，震驚了整個物理學界。早在20世紀20年代，我們知道了宇宙在不斷膨脹，每一個人本來覺得空間體積越來越大，膨脹速度應該越來越慢才對，因為引力會給你拉回來。

但這兩個天文學家團隊得了諾貝爾獎，因為他們的發現正好相反。他們認為，空間的膨脹并沒有越來越慢，而是越來越快。

那么我們如何解釋這一點呢？顯然，需要有個什么東西把它們推出去，第一個故事中講到在愛因斯坦的引力理論當中，引力可以有反斥性的，這就是大爆炸的緣起。

當時的想法是，在現在的宇宙中還有這么一個能量場，就是所謂的暗能量。它彌漫于整個宇宙當中，也就是它們不斷將星系往外推，把我們推向宏大的宇宙中，讓本來就遙遠的星系越來越遠。

這個解釋存在一個問題，把這幾個故事聯系起來的方式，在于我們要知道到底需要多少暗能量，才能夠解釋空間的膨脹越來越快。這個數字很詭異，開始是10^120，最后達10^138。當我們看到這樣的數字，可以說所有人的心都不禁一沉，因為我們想要去解釋為什么測出來是這么一個數字。

在我們的方程當中，數字一般都是1、2的平方等等亂七八糟的形式展現。我們想像普通的數字是那樣，可我們得出這么大的一個數字。我們最后一頁的數字是這樣的，那我們能怎么樣呢？你可以放棄，說這個數字可能不知道從哪兒掉下來的，就是沒法解釋的，就是這樣的理論讓我們大失所望。

還有更極端的方式，就是會提出來多重宇宙這樣的想法。用它來解釋，因為如果每一個宇宙中存在額外維度，而根據弦理論，形狀不一樣會使得物理值不一樣，比如說暗能量的值就不一樣。所以，我們的想法就是，我們這一個具體的數字就是存在那里，因為我們有10的500次方個宇宙，所以很容易得出這么一個數字，最后那個值也會非常小。

另外還有一個證據，就告訴我們說，我們現在這個宇宙，也許并不是唯一的宇宙。我們能驗證這個思想嗎？有可能，比如說我們可以看一下這是大爆炸下的余下的余熱，咱們看一下這個是背景輻射。如果說有多重宇宙存在的話，這些宇宙會不會相互碰撞，如果說它們會相互碰撞的撞擊力，比如說撞擊后，像我們這個宇宙就會有漣漪和波動。而在溫度分布當中，在夜空當中的溫度分布存在的差異，會給我們顯示過去有出現過宇宙。我們現在還找不到這樣的數據，也就是別人的宇宙跟我們的宇宙相互碰撞。但是如果有的話，就可以告訴我們，可能存在一些瘋狂的想法，即可能還存在一些別的宇宙。原則上，如果這個想法正確的話，可以驗證的宇宙就是這個樣子。

我們離開地球，穿過太陽系的各個行星，脫離銀河系，脫離了我們的宇宙。我們就是游蕩于多重宇宙當中的一分子。咱們就先設想一下這個事情，最后再講一下這個大的背景是什么。

我一開始講到這三個故事，不管是來自于宇宙學的多重大爆炸，來自于弦理論的額外維度的那么多種形狀，另外就是宇宙的加速膨脹。

這些東西都不能夠證明多重宇宙的存在，只是能夠激勵我們要認真對待這個思想，此外它能夠符合我們500年以來的所見所聞。500年前，當時的人們認為地球是宇宙的中心，之后發現不是這樣。

然后，我們開始意識到地球圍著太陽轉，就自然就認為太陽是宇宙中心，然后又發現不是這樣，后來我們發現太陽只是幾千億顆恒星當中的一個。

但是，我們認為這樣的銀河系總應該是宇宙中心了吧？然后發現，原來咱們的銀河系，又是幾十億個可觀測宇宙當中的星系之一。也許這樣的一個狀況會不斷出現，我們也許以后會認為我們的宇宙其實并不是整個宇宙空間的中心，而只是無數宇宙當中的一個。

可以說，這是一個聳人聽聞的思想，如果我們足夠幸運的話，也許我們在有生之年能夠找到一些證據，非常感謝大家！