F每年夏天，我父母在亚得里亚海沿岸的一个古老的海滨小镇弗罗拉(Vlora)的海边租了一套度假公寓。在希腊和罗马时代，它被称为Aulona，甚至在20世纪80年代的共产主义阿尔巴尼亚，它也是一个特别的地方。奥罗娜的精神，镌刻在这个地方的传统、迷信和风景上，漂浮在时间之外。小镇由高山、碧水和黑色岩石构成的崎岖地形守卫着，日落时，这些岩石与宁静融为一体。这是一个做荒唐梦的地方。
我最喜欢的晚上活动就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，然后有节奏地拍打着海岸。夜幕降临，我等待着，直到天空和海洋的分界线模糊，所有的界限消失。当然，每个人都知道，对于我们这些铁幕后的人来说，地平线之外的世界是严格禁止的。但是，坐在黑暗中，我可以自由地想象。亚得里亚海另一边的孩子们也同样为我们共享的天空的边缘而着迷吗?最后，爸爸会过来，没有责备，坐在我旁边的沙滩上。然后是我们俩对着天空低声交谈。不久，他会说话，告诉我是时候离开了，大海和天空的温柔的咒语将会打破。
二十年后，在2009，我和其他几十名科学家一起坐在剑桥大学剑桥科威利宇宙研究院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的兴奋。偶尔的交谈会因担心现场传输暂停而中断。当倒计时开始时，房间里异常安静，伴随着升空而来的是热烈的欢呼和热烈的掌声。
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.在细节上是一个爆炸性事件：CMB亮度分布的异常，这不可能是我们自己宇宙中任何东西的结果。这是一个经验观察到的隐藏代码，指向一个丰富而广阔的宇宙，在这个宇宙中，我们自己的宇宙只是一个卑微的成员。我们勘探范围的极限突然大大扩大了。我们在多元宇宙的海岸。
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。
如果你认为你以前可能听过这个故事，你确实听过。从原子主义者到斯多葛学派和三世纪的基督徒，从卢克莱修到笛卡尔，从托勒密到伽利略和康德，具有特殊起源的单一宇宙和具有随机起源的一系列宇宙之间的斗争已经进行了几个世纪。在行星和恒星上也发生了类似的斗争。在16世纪，哥白尼在教会和其他科学家的强烈反对下，把地球从宇宙中心带了出来。多元宇宙可能是哥白尼叙事的终极延伸：即使是整个宇宙也不是特别重要，而是位于无数其他实体之中。
多元宇宙叙事也有自己的哥白尼：休·埃弗雷特，作为他的博士学位的一部分。这篇论文发表于50多年前，他有勇气将量子力学应用于整个宇宙，公开开创了第一个多元宇宙理论。他推论说，既然宇宙在其最早的时刻很小，那么它就应该受到量子力学的支配。利用波粒二象性，他将婴儿宇宙视为一个行为类似于量子波包的粒子。1.他发现了一整套数学波包解——一整套量子宇宙。他知道我们在观测上被限制在一个宇宙中，所以他不得不与这样一种观点作斗争:我们宇宙的量子起源赋予无限多个其他宇宙同样的存在机会。
多元宇宙可能是哥白尼叙事的终极延伸：即使是整个宇宙也不是特别重要，而是位于无数其他实体之中。
埃弗雷特不知道有任何物理标准会抛弃除一个以外的所有解，这使他得出结论，许多世界的存在是量子力学的自然结果。他的论点非常有力，足以引起量子力学创始人尼尔斯·波尔的注意，他一直抵制这种解释。埃弗雷特的物理学术生涯并没有超越他的博士学位。学习2.40多年来，多元宇宙研究一直是个冷门。
大约十年前弦理论的发现标志着对许多宇宙理论的抵制发生了转变。弦论是自然基础理论的最佳候选者，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。弦论的一个目标是以某种方式消除七个额外的空间维度，它通过将它们卷起并使它们隐形来实现。这类似于一根三维花园软管，从很远的地方看起来就像一根一维的绳子。
但是有很多方法可以卷起七个维度，并将它们的能量内容倾倒到剩下的四个维度中。在本世纪初，用尽所有可能的方法的数学练习明确地导致了四维宇宙大量可能的起源的发现。这群人的能量分布是由弦理论创造的。景观上的每个能量谷都是一个潜在的地点，通过大爆炸来承载宇宙的诞生。多元宇宙再一次抬头，但这一次是在一项长达数十年的仔细理论研究的最后。
景观的发现很快被宣布为弦理论的危机。主导的“万有理论”怎么能没能预测到只有一个宇宙，而且它有我们自己的特征呢?人择原理认为，我们的宇宙之所以是这样的，是因为我们在这里是为了观察它，它被宣传为走出危机的途径。当时我刚刚开始我的第一份教职工作，我的导师建议我把研究重点放在没有争议的课题上，这些课题会很快产生结果，至少在我获得终身教职之前是这样。这是一个善意的建议，但大自然最迷人的秘密也具有不可抗拒的吸引力。我的研究领域对人择理论越来越忠诚，这让我感到不安，这也促使我寻找一种科学的形式主义，通过它我可以计算出答案。这是一个值得冒的风险。
在检查了以前工作中的潜在陷阱和假设之后，我得出结论，除非我们考虑到各种不同开端的可能性，否则为什么选择我们的宇宙这个问题毫无意义。否则，问题“我们为什么从这个宇宙开始”与答案“我们必须从这个宇宙开始”是无法区分的。困难的一步是展示如何从弦论所揭示的势能态集合中导出选择。
我提议，我们考虑一系列的初始宇宙，并把每一个都当作一个波包一样的粒子，穿过地貌的能量谷。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。
能量在景观上的分布是高度无序的，就像玻璃或不纯的、充满缺陷的电线等绝缘材料中的原子位置的能量一样。就像穿过玻璃的电子在原子位置被困住一样，宇宙中的波包在穿过景观时也会在能量位置被困住。如果地貌被高度有序地排列成低能量位置的周期性链，就像有序的导线，那么就不会有宇宙。波包不会局限于一个单一的能量谷。相反，它们会被传导到整个景观中，就像电子在一个良好的导体中一样。
我们的宇宙与其他宇宙纠缠的痕迹保存在今天的天空中。
我们知道宇宙的初始状态是非常高能量的，大约是10^25电子伏。既然原始波包在一个无序的能量环境中漫游，为什么它不选择一个能量较低的位置呢?答案很简单，由于波包在景观上的量子演化，高能初始状态是唯一能够经历大爆炸并成为大“真实”宇宙的状态。这些状态的演化是由地形中获得的能量和量子涨落之间的平衡所控制的，前者加速了增长，后者减慢了增长，并导致初始状态坍塌为一个点。
这些结果在当时被认为是激进的。但他们也很鼓舞人心，因为每一项主张都是从量子方程而非猜测或假设中得出的。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。该理论还汇集了上个世纪的两大科学大厦，弦理论和量子力学，将它们结合成一个多元宇宙。但是，我们仍然没有任何可测试的预测。问题是，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，我们的宇宙与其他宇宙相连或“纠缠”。随着我们的宇宙迅速成长并摆脱其量子本性，它在一个称为退相干的过程中与所有其他幸存的宇宙永远分离。但量子力学有一个很深的原理，称为统一性原理，它表明关于一个系统的信息，包括一个量子波动宇宙，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保留在今天天空的某个地方。
2006年，我与我的合作者高桥友和理查德·霍尔曼（Richard Holman）一起发表了一系列论文，名为《风景的化身》，对其他宇宙的特征做出了具体的实证预测。5-7最重要的是，我们证明了我们宇宙与多元宇宙其他部分的早期纠缠增加了CMB强度的独立变化源，以及我们宇宙周围物质分布的独立变化源，称为结构。此外，我们计算了纠缠的强度，并表明它的效果应该在大范围内可以观察到（参见多重宇宙的九个密码）。
当我们发表我们的研究成果时，我们没有想到这些预测会在我们的有生之年得到证实。令人惊讶的是，9个样本中的8个在不到7年的时间里进行了测试，所有样本都与数据相符。就在今年3月，普朗克卫星数据一举成功地测试了其中7个预测。大型强子对撞机(Large Hadron Collider)证实了在能量约1万亿电子伏时超对称性(SUSY)的缺失，这与第九项预测一致。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。综上所述，这9个预测代表了对该理论的一个非常严格的检验，因为这9个预测都来自于一个单一的理论框架。为了适应一组特定的数据，这些预测中没有一个可以独立于其他8个而改变——数据必须全部证实它们，否则理论就会被排除。
宇宙微波背景的两次测量(COBE1992年和威尔金森微波各向异性探测器2007年），我们观察到了类似普朗克测量的异常，但置信度较低。结果可能仍然是普朗克异常被高估了。如果事实证明是这样，我们将回到原点。但是，如果这些异常现象得到证实，并且伴随着我们对多元宇宙的第一次瞥见，我们将取得一些非凡的成就。我们不仅将找到其他宇宙的证据，我们还将找到弦理论的第一个测试，弦理论描述了我们工作中使用的景观。更广泛地说，多个宇宙的存在将要求我们重新审视和面对一些我们最珍视的宇宙概念，并发展一种新的现实本体论：所有宇宙都生活在相同的基本时空结构上吗？在我们的大爆炸之前有时间观念吗？我们能探测到不与我们的宇宙纠缠在一起的宇宙吗？什么决定了自然法则？这将是一个激动人心的时刻。
2013年，我带着3岁的女儿回到了我最喜欢的弗罗拉。我仔细地看着她。她在那里似乎很兴奋，完全无忧无虑，哦，她是那么高兴地向四面八方泼沙子和水。我想，我们这一代人在政治和科学上取得了多么大的进步，这是多么令人惊叹啊。她那富有感染力的傻笑取代了平时的沉默。她对亚得里亚海那边是什么并不好奇，因为她已经知道了。她去过那里。然后到那之后的地方，再到那之后的一个地方，一直穿过海洋。在她这个年纪，我以为我永远不会。但她属于另一个时代，一个想象力和发现不受限制的时代。 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。
参考文献
1.普朗克合作（Ade P.A.R。等)普朗克2013年业绩。二十三。CMB的各向同性和统计数据，电子打印：arXiv:1303.5083[astro-ph.CO]（2013年）。
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7.霍尔曼，R.，梅尔西尼·霍顿，L.，高桥，T.《景观的宇宙化身II：CMB和LSS签名》。Phys.Rev。D77, 063511 (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557A116(2013)。
