引子　仰望星空

2009年10月中旬某天凌晨，獨自一人，我在圣彼得羅空無一人的巷子里等人，伸手不見五指。此處位于智利亞特卡瑪沙漠的中央地帶，是地球上最干旱的地方之一。在我頭頂，數不清的繁星在閃爍，使人昏昏欲睡。我掙扎著瞪大眼睛張望著導游的卡車是否已到達，他得來接我去阿爾蒂普拉諾高原（Altiplano），好在初升太陽的第一縷陽光中觀賞火烈鳥，看它們徜徉在偏僻干涸的湖底鹽堿地之中。在此之前或之后，我都沒有看到過比這更壯麗輝煌的天空，雖說類似的夢幻時刻也還是有的：乘帆船橫渡波羅的海的時候，在甲板上默數有多少顆流星劃過天際；在夏威夷的威基基海灘外，在一輪滿月的映照下練習沖浪；在奧地利阿爾卑斯山的半山腰，夜間踏出滑雪小屋，圓盤狀銀河星系的明亮光帶截斷了我的滑雪軌跡。在這樣的一些時刻，我感到自身全然的渺小，小到可以忽略不計，同時卻又奇異地感到渾然自在于宇宙間。

“渾然自在于宇宙間”又意味著什么呢？當我們談論“宇宙”的時候，我們真正想表達的意思是什么呢？從詞源學上講，英文“universe（宇宙）”這個詞源自拉丁語中的“universum”，意同“一切事物結合起來成為一個”。然而，當我們提到宇宙的時候，我們通常指的是外太空，我們的太空環境、恒星、行星、星系，這個廣闊無邊的疆域，充滿了數不清的事物。顯然，我們稱為“宇宙”的東西跟“宇宙”這個詞真正的含義，就算有什么共同點，那也是微乎其微的。

所有你能在夜空中指認的天體，差不多都屬于銀河系，我們自己所屬的這個星系，它總共收納了一千多億顆恒星。而銀河系本身還只是大約一萬億個星系中的一個而已。這些數字已然令人印象深刻，但這些可見天體也還只是整個宇宙中最微小的一部分而已。你在那里能夠看到的每顆行星，都還附帶著大約十倍質量的非發光物質，比如在星際空間四處翻騰的那些氣云。不止于此，與所有普通物質相對應的，還有五倍于其的“暗物質”，想來其成分應該是一些奇異的、不為人知的粒子，它們在宇宙間四處飄蕩。此外，還存在著比暗物質三倍還要多的“暗能量”，如同謎一般的燃料，驅使著時空組織結構以越來越快的速度擴張。

對于我們的“宇宙”就先說這么多。

根據現代宇宙學，說不定我們的宇宙不能涵蓋一切，說不定存在著不止單獨一個宇宙。現在，宇宙學家描繪的在時間初始階段的一個加速擴張的時期，稱為“宇宙暴脹”。這段暴脹時期以達到“熱電漿”的狀態而告終，這我們可以隨著“宇宙大爆炸”看出來。但是沒人知道在暴脹之前發生過什么。是不是有過一個絕對開始？或者，宇宙暴脹是不是永遠持續著，說不定此時此刻仍在我們這個宇宙之外，在某個“多元宇宙”中的其他區域中繼續暴脹？如果是這樣的話，它也許會持續產生出無數的其他“嬰兒宇宙”（baby universes），像泡泡一樣從一個永恒擴張的空間里冒出來。這種情況，實際上很有可能。

不過就算這樣，也不足以涵蓋“一切”。還差得遠！除了平行宇宙、暗能量、暗物質、成萬億的星系——每個都攜帶著成千億顆恒星之外，還可能存在著一個有無限可能的領域，在那里，每一樣從原則上來講可以存在的事物確實存在著。在那里，你也許能發現你自己、我的貓、你的狗、阿爾蒂普拉諾的那些火烈鳥、每個人，所有恒星和星系以及前面提到過的每一樣事物，逐一都有無數個副本。這些平行現實都是休·埃弗萊特（Hugh Everett）對量子力學所做的不太受待見的“多世界詮釋”的不同分支。事實上，它們構成了多元宇宙中的又一層面，可以說是更加本質性的一個層面。越來越多的物理學家現在傾向于接受此觀點，因為這些都是量子力學的內在邏輯所期望的；如果沒有“多世界”之說，量子力學的功能性概念將越來越難以維系。

即便這樣，故事還沒有結束。除了這些平行世界之外，量子世界還包含著無限多個平行現實，它們以任意形式“量子疊加”著。在這些平行現實中，你不會要么在美國坐在椅子上看書，要么駕駛著租賃汽車穿越歐洲，而是這兩項活動及其地點都混淆到了誰也無法確定哪一項是真實存在的程度。在量子領域里涵蓋著一切可能存在的事物，以及這些可能現實的一切可能的組合形式。

然而站在那個地方，在那片星空下，我依然有那么一種感覺，這是我們人類中許多人都有過的，就仿佛我與自身之外的大千世界是渾然一體的。把“整個的物質世界，一切事物，從各種外太空現象到地球上的生命，從天上的星云到……花崗巖上生機盎然的苔蘚”，概念化為一個“一”，正如偉大的德國博物學家和發現者亞歷山大·馮·洪堡（Alexander von Humboldt）在描述宇宙時所說的那樣[1]，還會有比這更大膽，更需要勇氣，更氣沖霄漢的想法嗎？

如果有誰能相信這一切全部可以扯上關系，就不免顯得怪異。這聽起來像是由神漢或瘋子編造出來的童話故事。然而，全部宇宙就是“一”這一信念，以及宇宙是由許多事物組成的這一體驗，對人類來說從其最初始時期以來就是一對冤家對頭。“一切即一，一即一切”——2500年前，希臘哲學家赫拉克利特就已這樣一語道盡了宇宙包羅萬物的這一思想。“宇宙中只有一個物體，那就是宇宙自身”這一概念，哲學家們稱之為“一元論”，其英文“monism”一詞出自希臘文“monos”（意為“獨一無二”）。柏拉圖的對話、波蒂切利的油畫《維納斯的誕生》、莫扎特的歌劇《魔笛》，還有歌德、柯勒律治和華茲華斯的浪漫主義詩作中的大部分都源自它的靈感啟發。它隨著詹姆斯·庫克的船隊周游了世界，是美利堅合眾國好幾位開國元老的力量源泉，甚至還作為“自然之神”出現在美國《獨立宣言》之中。“一”對思想界，對藝術和人文所產生的影響是如此之大，以至于它作為科學概念的重要性經常被忽略掉。從字面上來看，“一切即一”這個說法講的并非是上帝、精神或主觀思想狀態，而是對大自然，對客觀存在著的粒子、行星和恒星的陳述。

作為理論物理學家，在過去25年里，我一直致力于探索微小的粒子是如何構成整個世界的。從有生以來第一次聽到粒子，我就對它們激動不已。不過盡管它們令人著迷，但讓這些粒子真正能占據在我心頭的，在于怎樣才能以它們為工具，來揭開現實世界的根基。“一切事物都是由什么做成的？”這個問題在我還在讀高中時就開始盤踞在我心頭。正是這種癡迷引領著我走進物理學，促使我拿到了博士學位，并最后拿到了教授職位。當我與數學、無法理解的語言以及自卑感纏斗的時候，是關于粒子的學問鼓舞著我堅持下去。在隨后幾十年間我在評審期刊上發表了80多篇論文時，在我撰寫的一篇《科學美國人》（Scientific American）封面專題文章后來緊挨斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）的一篇文章再次刊登的時候，以及在我的研究工作三次走上《新科學家》（New Scientist）雜志封面時，我的工作動力就來源于這些粒子。當然，在這項拼搏中我不是獨自一人。我只是這項全球大事業中的一名小小貢獻者：在全世界遍布著約莫一萬名研究人員，其中包括本顆行星上的一些最有才華的頭腦，他們正在不知疲倦地工作著，要探究出粒子到底是怎樣構建成我們身邊所看到的一切的。

現在我認為，我們在錯誤的軌道上。

不要誤解我：科學最重要的任務是對實驗、觀察以及事件的結果進行預判和解釋。粒子物理學家做起這件事來具有無與倫比的精確性。從幾個可以在咖啡杯表面上貼下的方程著手，粒子物理學家對他們的實驗結果進行預判，其精確度相當于以小于1毫米的誤差得出倫敦與柏林之間的距離。但是，盡管粒子物理學比任何其他科學學科更加精確，它還是不能給出事情的全貌。因為，如果我們關注的是全局，我們就會看到：不是粒子構成世界，而是要反過來說。

自從發現了原子，物理學家們就一直沿用著還原論的哲學。根據這一思想，我們把身邊的一切事物都分解成由相同的微小成分構成的碎塊，再進行統一認識，就可以把握住對大自然的理解。按照這一普遍說法，日常物件像椅子、桌子和書籍都是由原子構成的，原子是由原子核以及電子構成的，原子核含有質子和中子，而質子和中子是由夸克構成的。像夸克或電子這類基本粒子被認為是宇宙的根本性構件。在過去50年里，為了使這一觀點具體化，人們用充滿奇怪符號的各種艱深方程填滿了幾十萬頁的論文。為了測試這些想法，建造了巨型粒子對撞機（粉碎機），管道綿延十幾英里，價值幾十億美元，只為把亞原子物質加速到接近光速，讓它在猛烈撞擊下粉碎，從中尋找更小的，甚至是還未被發現的“碎塊”。在美國國家航空航天局（NASA）和歐洲航天局（ESA）的幫助下，一件又一件工程技術奇跡被發射進太空，以便監聽宇宙中最早發生事件的余音，以便了解當世界還只不過是一鍋燙手的粒子湯時，它到底長什么樣。

這套哲學理念在實踐中取得了巨大的成功，只是在這之中有一個盲點。原子、質子和中子、電子和夸克都是用量子力學描述的。但根據量子力學，總的來說，是無法在不丟失一些關鍵信息的情況下分解一件物體的。粒子物理學家為了對宇宙做出根本性的描述奮斗著，而這樣的描述要求不丟棄任何信息。但是如果我們認真看待量子力學，這就意味著，在最本質的層面上，大自然是不可能由一些“成分”構成的。對宇宙進行最具本質性的描述，必須從宇宙本身著手。

與任何其他職業物理學家一樣，我在每天的工作中都運用到了量子力學。我們用量子力學來對實驗、觀察和我們感興趣的問題結果進行計算和預判，不論是巨型加速器中的粒子對撞、早期宇宙的原始等離子體中的散射進程，還是固態實驗室實驗中的電子或磁場行為。雖然我們幾乎可以永遠采用量子力學對具體的觀察及實驗進行描述，但我們通常不把它應用于整個宇宙。

因為這么做會帶來一個令人費解的后果，我后面會在這本書里論證。一旦量子力學被應用到整個宇宙，它就彰顯出一種存在了3000年之久的思想，那就是：在我們所經歷體驗的每一件事物最底層貫穿著的，統統都只是單獨一個的涵蓋一切的東西。而我們在自己身邊所看到的每一件其他事物都是某種幻象。

需要承認的是，“一切即一”這個說法聽起來并不像一個多么高明的科學概念。第一眼瞥過去，它聽著荒唐。隨便抬眼往窗外一望：多數時候街上都會有不止1輛汽車。談戀愛的話，就需要有2人（至少！），做彌撒的話就需要“2或3”名信徒，而踢一場足球正常情況下得有22名球員。從很早的時候起天文學家就已經使我們信服了，地球不是宇宙中唯一的行星，而如今現代宇宙學所知道的恒星數量已經實實在在數不過來了。

但量子力學改變了一切。在量子體系中，各樣物體完全徹底地融合起來，以至于你再也無法對它們的構成成分的特性說出一點，哪怕是只言片語。這一現象被稱作“量子糾纏”，而且，雖然它在80來年前就被愛因斯坦（Albert Einstein）及與他合作的那些人指出來了，但直到今天它才逐漸得到充分重視。只要把量子糾纏應用到整個宇宙，你就注定要面對赫拉克利特的信條“一切即一”。

“慢著”，可能你要反對。“量子力學只適用于微小事物：原子啦，基本粒子啦，可能還有分子。但把它應用到宇宙，這就沒有道理了。”你會驚訝地了解到，越來越多的強有力的跡象表明，你這種觀念是錯誤的。僅在1996到2016年間，就有6項諾貝爾獎授予了所謂的“宏觀量子現象”。量子力學似乎無所不適用，這個發現的后續意義現在才剛剛開始得到探索。

你或許要揮起雙手來抗議，認為進行這樣的討論毫無意義。不進行任何此類形而上學式的思索，物理學還不是照樣得到順暢應用。其實不然。當前，物理學正面臨著一場危機，它迫使我們首先要對我們所理解的“本質性”究竟指的是什么進行重新思考。就在此時此刻，由于在實驗中發現了一些極端不可能的巧合現象，迄今無法對其做出任何解釋，那些最有才華的粒子物理學家和宇宙學家們之間產生了嫌隙。與此同時，對“萬物理論”的求索正在從物理學手中奪走像物質、空間和時間這類的基礎概念。如果這些都沒有了，那還剩下什么？

量子宇宙學告訴我們，構成現實世界根本層面的既不是粒子，也不是微小的、振動著的，被稱為“弦”的一維物體，而是宇宙本身——不可想成是組成宇宙的一切事物的總和，而要理解為一個包羅萬物的統一體。我后面會證明，“一切即一”這個理念具備潛質去拯救科學的靈魂：也就是堅信存在著一個獨特、可理解且帶根本性的現實世界。一旦這個論點占據支配地位，它就會翻轉我們對萬物理論的追求——將其建立在量子宇宙學之上而不是建立在粒子物理學或弦理論之上（當前有最多人認為后者可以充當引力場量子理論）。這樣一個概念還進一步意味著我們得去弄明白，如果每樣事物歸根結底都只是“一”，那么我們又是怎么做到把世界體驗為許多事物的呢？這得要靠一種叫做“退相干”的過程來完成，事實上它對于現代物理學的任何一個分支都是不可或缺的。退相干的作用，就是保護我們的日常生活體驗不過多受到量子古怪行為的侵擾。而且它還體現了赫拉克利特信條中的下半句：“一即一切”。

這么一來，我們就必須去弄明白，這樣一個觀念是如何改變了我們對哲學中一些最深奧問題的看法的。例如“什么是物質？”“什么是空間？”“什么是時間？”“宇宙是如何成形的？”這樣一些問題，甚至還包括圍繞著有宗教信仰的人所說的“上帝”提出的一些問題（因為多個世紀以來，“一個蘊含萬物的統一體”這個概念總是被等同于“上帝”）。我們還必須面對：如果一元論是如此直截了當地植根于量子力學，那為什么沒有令更多人信服。為什么它在我們聽來是如此古怪，我們這種直覺性的排斥反應源自哪里？要想真正看清這一偏見，我們不得不在一元論的歷史中跋涉一趟。

“太一”一方面講述了物理學中的一項嚴重危機，同時也講述了一個被半遺忘了的概念，它有潛力解決這一危機。它對“一切即一”這一思想進行探索，物質、空間、時間以及心智全部都只不過是面對宇宙時我們自己粗顆粒感知的產物。一路下來，從古代到現代物理學，它講述了這個概念是如何演變的，以及如何對歷史進程進行了塑造。一元論不僅為波蒂切利、莫扎特和歌德的藝術帶來了靈感，它還為牛頓（Issac Newton）、法拉第（Michael Faraday）和愛因斯坦的科學工作提供了信息。乃至現在，在我們關于時空的各種最先進的理論中，一元論也正在成為無須挑明的前提假設。這個故事充滿了熱愛與獻身精神，恐懼與暴力，還有前沿科學。這個故事講的是人類是如何成為現在這樣的，而決非戲論。

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[1]Barnes 1963， p. 71.