F每年夏天或两周，我父母在亚得里亚海沿岸的一个古老的海滨小镇弗拉拉的海滩边租了一套度假公寓。它在希腊和罗马时代被称为奥洛纳，甚至在20世纪80年代共产主义的阿尔巴尼亚时期也是一个特别的旅游胜地。奥洛纳的精神深深印在当地的传统、迷信和景观上，漂浮在时间之外。该镇由崎岖的山峦、青绿色的海水和黑色的岩石组成，在日落时，这些岩石与寂静融为一体。这是一个梦想荒谬梦想的地方。
我最喜欢的晚间活动是独自坐在荒芜的沙滩上。我看着海浪在无声的地平线上徘徊，然后有节奏地拍岸。夜幕降临时，我等待着天空和大海的分界线逐渐模糊，所有的界限都消失了。当然，每个人都知道地平线之外的世界对我们这些铁幕后面的人是严格禁止的。但是，坐在黑暗中，我可以自由想象。亚得里亚海另一边的孩子们是否也同样被我们共享的天空边缘迷住了？最后，我爸爸会过来，坐在我旁边的沙滩上，不受责备。然后是我们两个在与天空的沉默对话。不久，他会说话，告诉我该离开了，大海和天空的温柔魔力将被打破。
20年后的2009年，我和其他几十位科学家坐在剑桥大学剑桥Kavli宇宙学研究所的一个房间里，观看普朗克卫星的发射。一阵低沉的嗡嗡声使房间里充满了谨慎而兴奋的气氛。随意的交谈会因为直播中出现的停顿而中断。当倒计时开始的时候，整个房间出奇地安静，随着发射而来的是深深的欢呼和响亮的掌声。
普朗克当时正在测量宇宙诞生时留下的柔和光芒，称为宇宙微波背景（CMB）。CMB是一个详细的指纹，让我们能够凝视宇宙存在的最初几刻，并揭示一些非常古老的问题：我们从哪里来，我们是如何来到这里的？（见标准模型）今年3月，在执行任务四年后，普朗克合作组织发布了有史以来最精细的CMB地图。1它的细节令人震惊:宇宙微波背景辐射亮度分布的异常，不可能是我们自己宇宙的任何结果。这里有一个经验观察到的隐藏代码，指向一个丰富而广阔的宇宙，在其中，我们自己的宇宙只是一个卑微的成员。我们的探险范围突然扩大了很多。我们在多元宇宙的彼岸。
思考其他宇宙的存在并不是一项新的努力。从史前时代到今天，这种可能性激发了哲学家、作家和科学家的想象力。但在历史的大部分时间里，这并不是一个被认真对待的想法。从哲学上讲，这是一个不必要的复杂问题，只是把我们起源的神秘推到了一个原则上无法观察到的新的现实层面。而且，由于一个理论需要可证伪才能科学化，许多科学家并不认为多元宇宙是“真正的”科学。在美学上，多元宇宙也没有吸引力。科学家们相信大自然是简单而经济的。一个宇宙就足够了，为什么还要麻烦更多呢？然而，随着我们科学认识的发展，多元宇宙显然是对我们自然理论的不可避免的预测，我们相信并珍视这些理论：量子力学、通货膨胀和弦论。今天，面对过去的惯性和偏见，多元宇宙终于进入了严肃的科学研究领域。
时间旅行的非线性历史
我怀疑任何现象，无论是真实的还是想象的，都没有比时间旅行更令人困惑、费解、最终徒劳的哲学分析了。(一些可能的竞争者，决定论和自由意志，无论如何都与时间旅行的争论有关。)在…阅读更多
如果你正在考虑你可能已经听说过这个故事，你有。从原子论到斯多葛学派和第三世纪的基督徒，从卢克莱修到笛卡儿，从托勒密伽利略和康德，有特殊渊源的单一的宇宙，并随机开始每个宇宙的集合之间的战斗已经发动了几百年。类似的争斗是行星和恒星的战斗。在16世纪，哥白尼把地球我们的宇宙的中心，在来自教会和其他科学家的强烈抵制的脸。多元宇宙可能是哥白尼理论的终极延伸:即使是整个宇宙也不是特别重要，而是位于无限多个其他整体之间。
多元宇宙的叙事也有自己的哥白尼:休·埃弗雷特(Hugh Everett)，他在50多年前的博士论文中，有勇气公开开创了第一个多元宇宙理论，将量子力学应用于整个宇宙。他认为，既然宇宙在最初的时刻是微小的，那么它就应该受量子力学的支配。利用波粒二象性，他把婴儿宇宙看成是一个行为类似量子波包的粒子。1他发现数学波包解决方案，家庭量子宇宙的整个家庭。知道我们是根据观察局限于单一的宇宙，他搏斗的想法，我们的宇宙的量子起源授予的存在，以无限多的其他宇宙的机会均等。
多元宇宙可能是哥白尼理论的终极延伸:即使是整个宇宙也不是特别重要，而是位于无限多个其他整体之间。
埃弗雷特不知道有什么物理标准会抛弃所有的解，除了一个，这使他得出结论，许多世界的存在是量子力学的自然结果。他的论点足以引起量子力学奠基人尼尔斯·玻尔的注意，玻尔一直抵制这种解释。埃弗雷特在物理学方面的学术生涯没有超越他的博士学位2多元宇宙研究成为40多年来的悬案。
大约十年前，弦理论景观的发现标志着对多宇宙理论的阻力的转变。弦理论是我们拥有的最好的潜在自然理论，它在11维时空中运行。当然，我们的宇宙似乎只有四个维度:高度、宽度、长度和时间。弦理论的目标之一就是以某种方式摆脱额外的七个空间维度，它通过卷起它们，使它们隐形来实现。这类似于一个从很远的地方看起来像一维弦的三维花园软管。
但有很多方法可以把七个维度的能量卷起来，然后把它们的能量注入剩下的四个维度。在这个千禧年之初，数学上用尽了所有可能的方法，毫不含糊地发现了大量四维宇宙的可能起源。这群人的能量分布被创造成弦理论的景观。景观上的每一个能量谷都是通过大爆炸孕育宇宙的潜在地点。多元宇宙再次抬起了头，但这一次是经过了几十年的仔细理论练习之后。
景观发现很快被宣布为弦论的危机。领先的“万物理论”怎么可能无法预测只有一个宇宙，它具有我们自己的特征？人择原理认为我们的宇宙之所以如此，是因为我们在这里观察它。它被宣传为摆脱危机的途径。当时我刚刚开始我的第一份教师工作，我的导师建议我把研究重点放在不会引起争议的话题上，至少在我获得终身教职之前，这些话题会很快产生效果。这是善意的建议，但大自然最迷人的秘密也有不可抗拒的吸引力。我对加强我的领域对人类观点的忠诚感到不安，这也促使我寻找一种科学形式主义，通过它我可以计算出答案。这是一个值得冒的风险。
在检查了之前工作中潜在的陷阱和假设之后，我得出结论，除非我们考虑到各种不同起源的可能性，否则为什么我们的宇宙被选中这个问题是毫无意义的。否则，“我们为什么从这个宇宙开始”这个问题和“我们从这个宇宙开始”的答案是没有区别的困难的一步是证明选择是如何从弦理论所揭示的潜在状态的集合中推导出来的。
我建议我们考虑一系列的初始宇宙，并把每一个视为一个像波包一样的粒子穿过景观的能量谷。3，4然后我们可以问自己：这些初始宇宙是如何根据量子力学定律演化的？这种方法避免了做出假设的需要，并将埃弗雷特多重宇宙嵌入弦论的图景中。在某些方面，它也是一种熟悉的计算。量子力学在所有初始宇宙中的应用宇宙状态与物理学家计算电子如何沿着导线传播的方式非常相似。导线中原子链的能量场对应于景观中的能量谷链；而电子的波函数对应于初始宇宙的波包。
景观上的能量分布是高度无序的，就像绝缘材料（如玻璃或不纯、充满缺陷的电线）中原子位置的能量一样。正如穿过玻璃的电子被困在原子位置一样，宇宙中穿越风景的波包也被困在能量位置。如果景观被高度有序地排列成一个周期性的低能点链，就像一根完美有序的导线，那么就不会有宇宙。波包不会局限于单个能量谷。相反，它们会像良导体中的电子一样，在整个地形中传导。
我们的宇宙和其他宇宙纠缠在一起的痕迹，在今天的天空中还保留着。
我们知道，我们的宇宙在一个非常高的能量初始状态开始约10 ^ 25电子伏特。鉴于原始波包徘徊在一个无序的能源格局，为什么不是选择较低的能源网站？答案很简单，由于对景观波包的量子变阵，高能量的初始状态是，可以接受大爆炸和大成为“真正的”宇宙唯一的。这些状态的演进通过从景观，这加速增长获得的能量以及量子的波动之间的平衡，其减速生长和导致初始状态到折叠成一个点的约束。
这些结果在当时被认为是激进的。但它们也令人鼓舞，因为每一项主张都来自量子方程，而不是推测或假设。这是我们第一次有了一个理论来解释为什么只有像我们这样的高能宇宙被选中。该理论还将上个世纪的两大科学大厦——弦理论和量子力学——结合在一起，形成了一个多元宇宙。但是，我们仍然没有任何可验证的预测。问题变成了，你如何寻找多元宇宙?
我记得那天早上，我意识到答案就在眼前。那是2005年初秋，过去几周的大部分时间我都在失望和沮丧中度过。每一天都是从乐观开始的，我感觉自己快要解决问题了。然而，不可避免的是，经过一个漫长的夜晚散步和思考之后，我会在这个方法中遇到一些逻辑上的缺陷，并确信这个问题是无法解决的。更糟糕的是，那一年我不得不在早上8点教一个大班，这对学生们来说并不容易，对像我这样在晚上工作最好的人来说也不容易。那天早上9点我刚结束教学，正茫然地透过窗户盯着星巴克，这时我突然想到了这个主意。
在早期，我们的宇宙是与其他宇宙相连或“纠缠”的。随着我们的宇宙迅速发展并摆脱了它的量子特性，它与所有其他幸存的宇宙永远分离，这一过程被称为消相干。但量子力学中有一个深奥的原理，被称为“统一原理”(unity principle)，它指出，关于一个系统的信息，包括一个量子波状宇宙，永远不会丢失。这一原则保证了我们的宇宙与其他宇宙纠缠的痕迹在今天的天空中保留了下来。
2006年，我与我的合作者Tomo Takahashi和Richard Holman一起发表了一系列名为“avatar of the Landscape”的论文，对其他宇宙的特征做出了具体的、实证的预测。5 - 7最重要的是，我们证明了我们的宇宙与多元宇宙的早期纠缠为CMB的强度和我们宇宙周围的物质分布，即结构，增加了一个独立的变化源。此外，我们计算了纠缠的强度，并表明它的效应应该在大尺度下可以观测到(参见《多元宇宙的九个秘密密码》)。
当我们发表我们的研究成果时，我们做梦也没想到这些预测会在我们有生之年得到证实。令人惊讶的是，在不到七年的时间里，九个测试中的八个都进行了测试，并且都与数据相符。就在今年3月，普朗克卫星数据一举成功地测试了其中七个预测。大型强子对撞机证实了能量约为1万亿电子伏时不存在超对称性（SUSY）断裂，这与第九个预测一致。只有暗流预测仍在争论中，普朗克团队的两篇论文得出了相互矛盾的结论。综合起来，这九个预测代表了对该理论的一个非常严格的检验，因为所有九个预测都来自一个单一的理论框架。这些预测中没有一个可以独立于其他八个预测而变化，为了拟合一组特定的数据，数据必须全部证实，否则该理论将被排除。
先前对宇宙微波背景的两次测量(科贝在1992年和WMAP在2007年)观测到了类似普朗克测量的异常，但可信度较低。普朗克异常可能还是被高估了。如果情况果真如此，我们就得从头再来了。但如果这种异常现象得到证实，我们对多元宇宙的第一眼一瞥，我们将取得非凡的成就。我们不仅会发现其他宇宙存在的证据，我们还会发现弦理论的第一次测试，我们在工作中使用了弦理论对景观的描述。更广泛地说，多个宇宙的存在将要求我们重新审视和直面一些我们最珍视的宇宙概念，并发展出一种新的现实本体论:所有的宇宙都生活在同一个潜在的时空结构上吗?大爆炸之前有时间概念吗?我们能探测到与我们无关的宇宙吗?什么决定了自然规律?这将是一个激动人心的时刻。
在2013年，我回到了我的发罗拉最喜欢的位置，并把我3岁的女儿和我在一起。我仔细看着她。她似乎高兴能成为那里，完全无忧无虑，哦，很高兴飞溅沙子和水在每一个方向。多么令人惊叹，我想，有多远，我们会来，在短短一代人的政治和科学。通常的寂静被她的笑声感染更换。她不好奇那边有什么亚得里亚海，因为她已经知道了。她曾去过那里。而对于之后的地方，一前一后，在所有在大洋彼岸的方式。在她的年龄，我想我永远不会。但她属于不同的一代，一个不接受限制的想象力和发现。 As the horizon blurred and the sea and sky merged, my thoughts turned again to broken boundaries.
Laura Mersini Houghton是北卡罗来纳大学教堂山分校物理系副教授。
参考
1.普朗克合作（Ade P.A.R。et al。)普朗克2013年的结果。二十三。宇宙微波背景的各向同性和统计，e-Print:arXiv: 1303.5083。[期刊上刊登CO] (2013).
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3.Mersini-Houghton, L.我们能预测景观的非超对称性部分的Lambda吗?Class.Quant.Grav。22, 3481 - 3490(2005)。
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5.霍尔曼，R.，梅尔西尼·霍顿，L.《为什么宇宙从如此低的熵状态开始》。
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6.霍尔曼，R，梅尔辛尼-霍顿，L.，高桥，T.景观的宇宙学化身I:超对称性的分割尺度。Phys.Rev。D77063510(2006)。
7.霍尔曼，R.，梅西尼-霍顿，L.，高桥，T.景观的宇宙化身II: CMB和LSS特征。Phys.Rev。D77063511(2006)。
8.Atrio Barandela，F.关于普朗克卫星测量的体积流量的统计显著性。天文学和天体物理学557，A116（2013）。
