定義
是否有另一個你正在閱讀和本完全一樣的一篇章？那個家伙并非你自己，卻生活在一個有著云霧繚繞的高山、一望無際的原野、喧囂嘈雜的城市，和其它7顆行星一同圍繞一顆恒星旋轉，并且也叫做“地球”的行星上？他（她）一生的經歷和你每秒鐘都相同然而也許她此刻正準備放下這篇章而你卻算看下去
這種“分身”的想法聽起來奇怪而又難以置信，但似乎我們不得不接受它，因為它已為各種天觀測的結果所支持如今最流行同時也最簡單的宇宙模型指出，離我們大約101028米外之處存在一個和我們的銀河一模一樣的星系，而那其中正有個一模一樣的你雖然這距離大得超乎人們的想象，卻毫不影響你的“分身”存在的真實性該想法最初起源于很簡單的“自然可能性”而非現代物理所假設：宇宙在尺寸上無限大（或者至少足夠大），并且象天觀測指出的那樣－－均勻的分布著物質既然如此，按照統計學規律便可以斷定，所有的事件（無論多么相似或者相同）都會發生無數次：會有無數個孕育人類的星球，它們之中會有和你一摸一樣的人－－一模一樣的長相、名、記憶甚至和你一模一樣的動作、選擇－－這樣的人還不止一個，確切的說，是無窮多個
最新的宇宙學觀測表明，的概念并非一種比喻空間似乎是無限的如果真是這樣，一切可能會發生的事情必然會發生，不管這些事有多荒唐在比我們天觀測能企及范圍遠得多的地方，有和我們一模一樣的宇宙天學家甚至計算出它們距地球的平均距離
你很可能永遠見不到你的“影”們你能觀測到的最遠距離也就是自大爆炸以來光所行進的最遠距離：大約140億光年，即4X1026米－－定義了我們可觀測視界的大，或者簡單地說，宇宙的大，又叫做哈勃體積同樣的，另一個你所在的宇宙也是個同樣大的球體以上便是對“”最直觀的解釋每個宇宙都是更大的“多重宇宙”的一部分
圣經中所羅門的言論:
《傳道書》1：9已有的事，后必再有已行的事，后必再行日光之下并無新事
《傳道書》1：10豈有一件事人能指著說，這是新的那知，在我們以前的世代，早已有了
《傳道書》1：11已過的世代，無人記念，將來的世代，后來的人也不記念
《傳道書》3：14我知道神一切所作的，都必永存，無所增添，無所減少神這樣行，是要人在他面前存敬畏的心
《傳道書》3：15現今的事早先就有了將來的事早已也有了并且神使已過的事重新再來（或作并且神再尋回已過的事）
《傳道書》9：16我就說，智慧勝過勇力然而那貧窮人的智慧，被人藐視，他的話也無人聽從
希臘神話傳說中的類似言論
天空中的大部分行星在2500萬年后,都會回到自己初始的軌道,宇宙是公正的,它給所有人的機會都是一樣的－－－－2500萬年!2500萬后,我們將再次經歷我們現在所經歷的一切,遇見我們所遇見的人
層次
對“宇宙”的如此定義，人們也許會認為這只是種形而上學的方式罷了然則物理學和形而上學的區別在于該理論是否能通過實驗來測試，而不是它看起來是否怪異或者包含難以察覺的東西多年來，物理學前沿不斷擴張，吸收融合了許多抽象的（甚至一度是形而上學的）概念，比如球形的地球、看不見的電磁場、時間在高速下流動減慢、量重疊、空間彎曲、黑洞等等近幾年來“多重宇宙”的概念也加入了上面的名單，與先前一些經過檢驗的理論，如相對論和量力學配合起來，并且至少達到了一個經驗主義科學理論的基本標準：作出預言當然作出的論斷也可能是錯誤的科學家們迄今討論過多達4種類型獨立的現在關鍵的已不是多重宇宙是否存在的問題了，而是它們到底有多少個層次
第一層次：視界之外
所有的組成第一層多重宇宙－－這是爭論最少的一層所有人都接受這樣一個事實：雖然我們此時此刻看不見另一個自己，但換一個地方或者簡單地在原地等上足夠長的時間以后就能觀察到了就像觀察海平面以外駛來的船只－－觀察視界之外物體的情形與此類似隨著光的飛行，可觀察的宇宙半徑每年都擴大一光年，因此只需要坐在那里等著瞧當然，你多半等不到另一個宇宙的另一個你發出的光線傳到這里那天，但從理論上講，如果宇宙擴張的理論站得住腳的話，你的后代就有可能用超級望遠鏡看到它們
怎么樣，第一層多重宇宙的概念聽起來平平無奇？空間不都是無限的么？誰能想象某處插著塊牌，上書“空間到此結束，當心下面的溝”？如果是這樣，每個人都會本能的置疑：盡頭的“外面”是什么？實際上，愛因斯坦的重力場理論偏偏把我們的直覺變成了問題空間有可能不是無限，只要它具有某種程度的彎曲或者并非我們直覺中的拓撲結構（即具有相互聯絡的結構）
一個球形、炸面圈形或者圓號形的宇宙都可能大有限，卻無邊界對宇宙微波背景輻射的觀測可以用來測定這些假設見另一篇章《宇宙是有限的嗎？》byJean－PierreLuinet,GlennDStarkanandJeffreyRWeeks；SientifiAerian,April1999然而，迄今為止的觀察結果似乎背逆了它們無盡宇宙的模型和觀測數據符合，外帶強烈的限制條件
另一種可能是：空間本身無限，但所有物質被限制在我們周圍一個有限區域內－－曾經流行的“島狀宇宙”模型該模型不同之處在于，在大尺度下物質分布會呈現分形圖案，而且會不斷耗散殆盡這種情形下，第一層多重宇宙里的幾乎每個宇宙最終都將變得空空如也，陷入死寂但是近期關于三維銀河分布與微波背景的觀測指出物質的組織方式在大尺度上呈現出某種模糊的均勻，在大于1024米的尺度上便觀測不到清晰的細節了假定這種模式延伸下去，我們可觀測宇宙以外的空間也將充滿行星、恒星和星系
有資料支持空間延伸于可觀測宇宙之外的理論WMAP衛星最近測量了微波背景輻射的波動左圖最強烈的振幅超過了05開，暗示著空間非常之大，甚至可能無窮中圖另外，WMAP和2dF星系紅移探測器發現在非常大的尺度下，空間均勻分布著物質
生活在第一層多重宇宙不同中的觀察者們將察覺到與我們相同的物理定律，但初始條件有所不同根據當前理論，大爆炸早期的一瞬間物質按一定的隨機度被拋出，此過程包含了物質分布的一切可能性，每種可能性都不為0宇宙學家們假定我們所在的當初有著近似均勻物質分布和初始波動狀態（100，000可能性中的一種）的宇宙，是一個相當典型的（至少在所有產生了觀察者的中很典型）個體那么距你最近的和你一模一樣那個人將遠在101028米之外；而在101092米外會有一個半徑100光年的區域，它里面的一切與我們居住的空間絲毫不差，也就是說未來100年內我們世界所發生的每件事都會在該區域完全再現；而至少1010118米之外該區域會增大到哈勃體積那么大，換句話說會有一個和我們一模一樣的宇宙
上面的估計還算極端保守的，它僅僅窮舉了一個溫度在108開以下、大為一個哈勃體積的空間的所有量狀態其中一個計算步驟是這樣：在那溫度下一個哈勃體積的空間最多能容納多少質？答案是10118個每個質可能存在，也可能不存在，也就是總共210118個可能的狀態現在只需要一個能裝下210118個哈勃空間的盒便用光所有可能性如果盒更大些－－比如邊長1010118米的盒－－根據抽屜原理，質的排列方式必然會重復當然，宇宙不只有質，也不止兩種量狀態，但可用與此類似的方法估算出宇宙所能容納的信息總量
與我們宇宙一模一樣的另一個宇宙的平均距離，距你最近那個“分身”沒準并不象理論計算的那么遠，也許要近得多因為物質的組織方式還要受其他物理規律制約給定一些諸如行星的形成過程、化學方程式等規律，天學家們懷疑僅在我們的哈勃體積內就存在至少1020個有人類居住的行星；其中一些可能和地球十分相像
第一層多重宇宙的框架通常被用來評估現代宇宙學的理論，雖然該過程很少被清晰地表達舉例來說，考察我們的宇宙學家如何通過微波背景來試圖得出“球形空間”的宇宙幾何圖隨著空間曲率半徑的不同，那些“熱區域”和“冷區域”在宇宙微波背景圖上的大會呈現某種特征；而觀測到的區域表明曲率太不足以形成球形的封閉空間然而，保持統計學上的嚴格是非常重要的事每個哈勃空間的這些區域的平均大完全是隨機的因此有可能是宇宙在愚弄我們－－并非空間曲率不足以形成封閉球形使得觀測到的區域偏，而恰巧因為我們宇宙的平均區域天生就比別的來的所以當宇宙學家們信誓旦旦保證他們的球狀空間模型有999可信度的時候，他們的真正意思是我們那個宇宙是如此地不合群，以至1000個哈勃體積之中會出一個象那樣的
這堂課的重點是：即使我們沒法觀測其他宇宙，多重宇宙理論依然可以被實踐驗證關鍵在于預言第一層多重宇宙中各個的共性并指出其概率分布－－也就是數學家所謂的“度量”我們的宇宙應當是那些“出現可能性最大的宇宙”中的一個否則－－我們很不幸地生活在一個不大可能的宇宙中－－那么先前假設的理論就有大麻煩了如我們接下來要討論的那樣，如何解決這度量上的問題將會變得相當有挑戰性
第二層次：膨脹后留下的氣泡
如果第一層多重宇宙的概念不太好消化，那么試著想象下一個擁有無窮組第一層多重宇宙的結構：組與組之間相互獨立，甚至有著互不相同的時空維度和物理常量這些組構成了第二層多重宇宙－－被稱為“無序的持續膨脹”的現代理論預言了它們
“膨脹”作為大爆炸理論的必然延伸，與該理論的許多其他推論聯系緊密比如我們的宇宙為何如此之大而又如此的規整，光滑和平坦？答案是“空間經歷了一個快速的拉伸過程”，它不僅能解釋上面的問題，還能闡釋宇宙的許多其他屬性見《膨脹的宇宙》byAlanHGuthandPaulJSteinhard；SientifiAerian,May1984；《自我繁殖的膨脹宇宙》byAndreiLinde,Nveber1994“膨脹”理論不僅為基本粒的許多理論所語言，而且被許多觀測證實“無序的持續”指的是在最大尺度上的行為作為一個整體的空間正在被拉伸并將永遠持續下去然而某些特定區域卻停止拉神，由此產生了獨立的“氣泡”，好像膨脹的烤面包內部的氣泡一樣這種氣泡有無數個它們每個都是第一層多重宇宙：在尺寸上無限而且充滿因能量場漲落而析出的物質
對地球來說，另一個氣泡在無限遙遠之外，遠到即使你以光速前進也永遠無法到達因為地球和“另一個氣泡”之間的那片空間拉伸的速度遠比你行進的速度快如果另一個氣泡中存在另一個你，即便你的后代也永遠別想觀察到他基于同樣的原因，即空間在加速擴張，觀察結果令人沮喪的指出：即便是第一層多重空間中的另一個自己也將看不到了
第二層多重宇宙與第一層的區別非常之大各個氣泡之間不僅初始條件不同，在表觀面貌上也有天壤之別當今物理學主流觀點認為諸如時空的維度、基本粒的特性還有許許多多所謂的物理常量并非基本物理規律的一部分，而僅是一種被稱作“對稱性破壞”過程的結果而已舉例言之，理論物理學家認為我們的宇宙曾一度由9個相互平等的維度組成在宇宙早期歷史中，只有其中3個維度參與空間拉神，形成我們現在觀察到的三維宇宙其余6個維度現在觀察不到了，因為它們被卷曲在非常微的尺度中，而且所有的物質都分布在這三個充分拉伸過的維度“表面”上（對9維來說，三維就是一個面而已，或者叫一層“膜”）
我們生活在31維時空之中，對此我們并不特別意外當描述自然的偏微分方程是橢圓或者超雙曲線方程時，也就是空間或者時間其中之一是0維或同時多維，對觀測者來說，宇宙不可能預測紫色和綠色部分其余情況下雙曲線方程，若n3，原無法穩定存在，n<3，復雜度太低以至于無法產生自我意識的觀測者沒有引力，拓撲結構也成問題
由此，我們稱空間的對稱性被破壞了量波的不確定性會導致不同的氣泡在膨脹過程中以不同的方式破壞平衡而結果將會千奇百怪其中一些可能伸展成4維空間；另一些可能只形成兩代夸克而不是我們熟知的三代；還有些它們的宇宙基本物理常數可能比我們的宇宙大
產生第二層多重宇宙的另一條路是經歷宇宙從創生到毀滅的完整周期科學史上，該理論由一位叫RihardC的物理學家于二十世紀30年代出，最近普林斯頓大學的PaulJSteinhardt和劍橋大學的NeilTurk兩位科學家對此作了詳盡闡述Steinhardt和Turk出了一個“次級三維膜”的模型，它與我們的空間相當接近，只是在更高維度上有一些平移see‘BeenThere,DneThat,‘byGergeMusser；NewsSan,SientifiAerian,Marh2002該并非真正意義上的獨立宇宙，但宇宙作為一個整體－－過去、現在和未來－－卻形成了多重宇宙，并且可以證明它包含的多樣性恰似無序膨脹宇宙所包含的此外，沃特盧的物理學家LeeSlin還出了另一種與第二層多重宇宙有著相似多樣性的理論，該理論中宇宙通過黑洞創生和變異而非通過膜物理學
盡管我們沒法與其他第二層多重宇宙之中的事物相互作用，宇宙學家仍能間接地指出它們的存在因為他們的存在可以用來很好地解釋我們宇宙的偶然性做一個類比：設想你走進一座旅館，發現了一個房間門牌號碼是1967，正是你出生那年多么巧合呀，在那瞬間你驚嘆到不過你隨即反應過來，這完全不算什么巧合整個旅館有成百上千的房間，其中有一個和你生日相同很正常然而你若看見的是另一個與你毫無干系的數，便不會引發上面的思考這說明什么問題呢？即便對旅館一無所知，你也可以用上面的方法來解釋很多偶然現象
讓我們舉個更切題的例：考察太陽的質量太陽的質量決定它的光度（即輻射的總量）通過基本物理運算我們可知只有當太陽的質量在16X1030～24X1030千克這么個狹窄范圍內，地球可能適合生命居住否則地球將比金星還熱，或者比火星還冷而太陽的質量正好是20X1030千克乍看之下，太陽質量是種驚人的幸運與巧合絕大多數恒星的質量隨機分布于1029～1032千克的巨大范圍內，因此若太陽出生時也隨機決定質量的話，落在合適范圍的機會將微乎其微然而有了旅館的經驗，我們便明白這種表面的偶然實為大系統中（在這個例里是許多太陽系）的必然選擇結果（因為我們在這里，所以太陽的質量不得不如此）這種與觀測者密切相關的選擇稱為“人擇原理”雖然可想而知它引發過多么大的爭論，物理學家們還是廣泛接收了這一事實：驗證基礎理論的時候無法忽略這種選擇效應
適用于旅館房間的原理同樣適用于有趣的是：我們的宇宙在對稱性被破的時候，所有的（至少絕大部分）屬性都被“調整”得恰到好處，如果對這些屬性作哪怕極其微的改變，整個宇宙就會面目全非－－沒有任何生物可以存在于其中如果質的質量增加02，它們立即衰變成中，原也就無法穩定的存在如果電磁力減4，便不會有氫，也就不會有恒星如果弱相互作用再弱一些，氫同樣無法形成；相反如果它們更強些，那些超新星將無法向星際散播重元素離如果宇宙的常數更大一些，它將在形成星系之前就把自己炸得四分五裂
雖然“宇宙到底被調節得多好”尚無定論，但上面舉的每一個例都暗示著存在許許多多包含每一種可能的調節狀態的see‘ExplringOurUniverseandOthers,‘byMartinRees；SientifiAerian,Deeber1999第二層多重宇宙預示著物理學家們不可能測定那些常數的理論值他們只能計算出期望值的概率分布，在選擇效應納入考慮之后
第三層次：量平行世界
第一層和第二層多重宇宙預示的平行世界相隔如此之遙遠，超出了天學家企及的范圍但下一層多重宇宙卻就在你我身邊它直接源于著名的、備受爭議的量力學解釋－－任何隨機量過程都導致宇宙分裂成多個，每種可能性一個
量當你擲骰，它看起會隨機得到一個特定的結果然而量力學指出，那一瞬間你實際上擲出了每一個狀態，骰在不同的宇宙中停在不同的點數其中一個宇宙里，你擲出了1，另一個宇宙里你擲出了2……然而我們僅能看到全部真實的一部分－－其中一個宇宙
20世紀早些年，量力學理論在解釋原層面現象方面的成功掀起了物理學革命在原領域下，物質運動不再遵守經典的牛頓力學規律在量理論解釋它們取得矚目成功的同時卻引發了爆炸性激烈的爭論它到底意味著什么？量理論指出宇宙并不像經典理論描述的那樣，決定宇宙狀態的是所有粒的位置和速度，而是一種叫作波函數的數學對象根據薛定鄂方程，該狀態按照數學家稱之為“統一性”的方式隨時間演化，意味著波函數在一個被稱為“希爾伯特空間”的無窮維度空間中演化盡管多數時候量力學被描述成隨機和不確定，波函數本身的演化方式卻是完全確定，沒有絲毫隨機性可言的
關鍵問題是如何將波函數與我們觀測到的東西聯系起來許多合理的波函數都導致看似荒謬不合邏輯的狀態，比如那只在所謂的量疊加下同時處于死和活兩種狀態的貓為了解釋這種怪異情形，在20實際20年代，物理學家們做了一種假設：當有人試圖觀察時，波函數立即“坍塌”成經典理論中的某種確定狀態這個附加假設能夠解決觀測發現的問題，然而卻把原本優雅和諧統一的理論變得七拼八湊，失去統一性隨機性的本質通常歸咎于量力學本身就是這些不順眼假設的結果
許多年過去了，物理學家們逐漸拋棄了這種假設，轉而開始接受普林斯頓大學畢業生HughEverett在1957年出的一種觀點他指出“波函數坍塌”的假設完全是多余的純粹的量理論實際上并不產生任何矛盾它預示著這樣一種情形：一個現實狀態會逐漸分裂成許多重疊的現實狀態，觀測者在分裂過程中的主觀體驗僅僅是經歷完成了一個可能性恰好等于以前“波函數坍塌假設結果”的輕微的隨機事件這種重疊的傳統世界就是第三層多重宇宙
四十多年來，物理界為是否接受Everett的平行世界猶豫不決，數度反復但如果我們將之區分成不同視點分別來看待，就會更容易理解研究它數學方程的物理學家們站在外部的視點，好像飛在空中的鳥審視地面；而生活在方程所描述世界里的觀測者則站在內部的視點，就好比被鳥俯瞰的一只青蛙
在鳥看來，整個第三層多重宇宙非常簡單只用一個平滑演化的、確定的波函數就能就能描繪它而不引發任何分裂或平行被這個演化的波函數描繪的抽象量世界內部卻包含了大量平行的經典世界它們一刻不停的分裂、合并，如同經典理論無法描述的一堆量現象在青蛙看來，觀察者感知的只有全部真相的一部分它們能觀測到自己所在那個第一層宇宙，但是一種模仿波函數坍塌效果而又保留統一性、被稱為“去相干”的作用卻阻礙他們觀測到與之平行的其他宇宙
每當觀測者被問及一個問題、做一個決定或是回答一個問題，他大腦里的量作用就導致復合的結果，諸如“繼續讀這篇章”和“放棄閱讀本”在鳥看來，“作出決定”這個行為導致該人分裂成兩個，一個繼續讀章而另一個做別的去了而在青蛙看來，該人的兩個分身都沒有意識到彼此的存在，它們對剛分裂的感知僅僅是經歷了個輕微的隨機事件他們只知道“自己”做了什么決定，而不知道同時還有一個“他”做了不同的決定
盡管聽起來很奇怪，這種事情同樣發生在前面講過的第一層多重宇宙中顯然，你剛作出了“繼續閱讀本”的決定，然而在很遠很遠的另一個銀河系中的另一個你在讀過第一段之后就放下了雜志第一層宇宙和第三層宇宙唯一的區別就是“另一個你”身處何處第一層宇宙中，他位于距你很遠之處－－通常維度空間概念上的“遠”第三層宇宙中，你的分身住在另一個量分支中，被一個維度無限的希爾伯特空間分隔開來
第三層多重宇宙的存在基于一個至關重要的假設：波函數隨時間演化的統一所幸迄今為止的實驗都不曾與統一性假設背離在過去幾十年里我們在各種更大的系統中證實了統一性的存在：包括碳－60布基球和長達數公里的光纖中理論反面，統一性也被“去相干”作用的發現所支持see‘100YearsfQuantuMysteries,‘byMaxTegarkandJhnArhibaldWheeler；SientifiAerian,Feb乳ary2001只有一些量引力方面的理論物理學家對統一性出置疑，其中一個觀點是蒸發中的黑洞有可能破壞統一性，應該是個非統一性過程但最近一項被叫做“AdS/CFT一致”的弦理論方面的研究成果暗示：量引力領域也具有統一性，黑洞并不抹消信息，而是把它們傳送到了別處
如果物理學是統一的，那么大爆炸早期量波動是如何運作的那幅標準圖畫將不得不改寫它們并非隨機產生某個初始條件，而是產生重疊在一起的所有可能的初始條件，同時存在然后，“去相干”作用保證它們在各自的量分支里像傳統理論那樣演化下去這就是關鍵之處：一個哈勃體積內不同量分支（即第三層多重宇宙）演化出的分布結果與不同哈勃體積內同一個量分支（即第一層多重宇宙）演化出的分布結果是毫無區別的量波動的該性質在統計力學中被稱為“遍歷性”
同樣的原理也可以適用在第二層多重宇宙破壞對稱性的過程并不只產生一個獨一無二的結果，而是所有可能結果的疊加這些結果之后按自己的方向發展因此如果在第三層多重宇宙的量分支中物理常數、時空維度等各不相同的話，那些第二層同樣也將各不相同
換句話說，第三層多重宇宙并沒有在第一層和第二層上增加任何新東西，只是它們更加難以區分的復制品罷了－－同樣的老故事在不同量分支的間一遍遍上演對Everett理論一度激烈的懷疑便在大家發現它和其他爭議較少的理論實質相同之后銷聲匿跡了
毫無疑問，這種聯系是相當深層次的，物理學家們的研究也處于剛剛起步階段例如，考察那個長久以來的問題：隨著時間流逝，宇宙的數目會以指數方式暴漲嗎？答案是令人驚訝的“不”在鳥看來，全部世界就是由單個波函數描述的東西；在青蛙看來，宇宙個數不會超過特定時刻所有可區別狀態的總數－－也即是包含不同狀態的哈勃體積的總數諸如行星運動到新位置、和某人結婚或是別的什么，這些都是新狀態在108開溫度以下，這些量狀態的總數大約是1010118個，即最多這么多個這是個龐大的數目，卻很有限
從青蛙的視點看，波函數的演化相當于從這1010118個宇宙中的一個跳到另一個現在你正處在宇宙A－－此時此刻你正在讀這句話的宇宙里現在你跳到宇宙B－－你正在閱讀另一句話那個宇宙里宇宙B存在一個與宇宙A一摸一樣的觀測者，僅多了幾秒中額外記憶全部可能狀態存在于每一個瞬間因此“時間流逝”很可能就是這些狀態之間的轉換過程－－最初在GregEgan在1994所著的科幻說[Pe乳tatinCity]中出的想法，而后被牛津大學的物理學家DavidDeutsh和自由物理學家JulianBarbur等人發展開來
第四層次：其他數學界構
雖然在第一、第二和第三層多重宇宙中初始條件、物理常數可能各不相同，但支配自然的基礎法則是相同的為什么要到此為止？為何不讓這些基礎法則也多樣化？來個只遵守經典物理定律，讓量效應見鬼去的宇宙如何？想象一個時間像計算機一樣一段一段離散地流逝，而非現在那樣連續地流逝的宇宙？再想象一個簡單的空心十二面體宇宙？在第四層多重宇宙里，所有這些形態都存在
的終極分類，第四層包含了所有可能的宇宙宇宙之間的差異不僅在表現物理位置、屬性或者量狀態，還可能是基本物理規律它們在理論上幾乎就是不能被觀測的，我們能做的只有抽象思考該模型解決了物理學中的很多基礎問題
為什么說上述的多重宇宙并非無稽之談？理由之一就是抽象推理和實際觀測結果間存在著密不可分的聯系數學方程式，或者更一般地，數、矢量、幾何圖形等數學結構能以難以置信的逼真程度描述我們的宇宙1959年的一次著名講座上，物理學家EugenePWigner闡述了“為何數學對自然科學的幫助大得神乎其神？”反言之，數學對它們（自然科學）有著可怕的真實感數學結構能成為基于客觀事實的主要標準：不管誰學到的都是完全一樣的東西如果一個數學定理成立的話，不管一個人，一臺計算機還是一只高智力的海豚都同樣認為它成立即便外星明也會發現和我們一摸一樣的數學界構從而，數學家們向來認為是他們“發現”了某種數學結構，而不是“發明”了它
關于如何理解數學與物理之間的關系，有兩個長存已久并且完全對立的模型兩種分歧的形成要追溯到柏拉圖和亞里斯多德“亞里斯多德”模型認為，物理現實是世界的本源，而數學工具僅僅是一種有用的、對物理現實的近似“柏拉圖”模型認為，純粹的數學結構是真正的“真實”，所有的觀測者都只能對之作不完美的感知換句話說，兩種模型的根本分歧是：哪一個是基礎，物理還是數學？或者說站在青蛙視點的觀測者，還是站在鳥視點的物理規律？“亞里斯多德”模型傾向于前者，“柏拉圖”模型傾向于后者
在我們很很，甚至尚未聽說過數學這個詞以前，我們都先天接受“亞里斯多德”模型而“柏拉圖”模型則來自于后天體驗現代理論物理學家傾向于柏拉圖派，他們懷疑為何數學能如此完美的描述宇宙乃是因為宇宙生來就是數學性的這樣，所有的物理都歸結于一個根本的數學問題：一個擁有無窮知識與資源的數學家理論上能從鳥視點計算出青蛙的視點－－也就是說，為任何一個有自我意識的觀測者計算出他所觀測的宇宙有些什么東西、它將發明何種語言來向它的同類描述它看到的一切
宇宙的數學結構是抽象、永恒的實體，獨立于時空之外如果把歷史比作一段錄像，數學結構不是其中一楨畫面，而是整個錄像帶試設想一個由四處運動的點狀粒構成的三維世界在四維時空－－也就是鳥的視點－－看來，世界類似一鍋纏繞糾結的意大利面條如果青蛙觀測到一個總是擁有恒定速率，方向的粒，那么鳥就直接看到它的整個生命周期－－一根長長的、直直的面條如果青蛙看到兩個相互圍繞旋轉的粒，鳥就看到兩根以雙螺旋結構纏在一起的面條對青蛙來說，整個世界以牛頓運動定律和引力定律為規則運作；而對鳥來說，世界被描繪成“意大利面條幾何學”－－一種數學結構青蛙本人也僅是面條－－一大堆復雜到構成它們的粒能存儲和處理信息的面條我們的宇宙要比上述例復雜的多，科學家們還沒有找到－－如果有的話－－那個能正確描述它的數學結構
“柏拉圖”派模型帶來了一個新的問題，為何我們的宇宙是現在這個樣對“亞里斯多德”派來說，這個問題是沒有意義的：因為宇宙的物理本源就是我們觀測到的樣但“柏拉圖”派不僅無法回避它，反而會困惑為什么它不能是別的樣如果宇宙天生是數學性的，為什么它僅僅基于“那一個”數學結構？要知道數學結構是多種多樣的似乎在真實的核心地帶有某種最基本的不公平存在
作為解決該難題的一條路徑，我認為數學結構有著完全的對稱性：基于任何數學結構的宇宙都確實存在每一個數學結構都有與之相關的構成這個宇宙的基礎并不在該宇宙內而是游離于時間和空間之外大部分內很可能不存在觀測者這種假說可以看成是本質上的柏拉圖主義，它斷言柏拉圖領域及的數學結構或是圣荷西州立大學的數學家RudyRuker所謂的“精神領域indsape”都存在對應的物理真實它也類似于劍橋大學的宇宙學家JhnDBarrw到的“天空中的π”，或是哈佛大學的哲學家RbertNzik出的“多產性原理”，或是普林斯頓的哲學家DavidKLewis所謂的“形式現實主義”第四層終于宣告了多重宇宙在層次上的終結，因為任何自相容的物理理論都能表達成某種數學結構
第四層多重宇宙的假設作出了可驗證的預言在第二個層次上，它包含了全體可能（全體數學結構）和選擇效應數學家們還在繼續為這些數學結構分門別類，而他們最終應該發現，用來描繪我們世界的那個數學結構將會是所有符合我們觀測結果的結構中最簡單那個類似地，我們將來的觀測結果將會是那些最簡單的、與過去觀測結相一致的東西；而過去的觀測結果也應該是最簡單的、與我們存在相符合的那些
想要定量化這種“簡單”是個嚴峻的考驗，與之相關的研究剛剛起步但最具震撼性和令人鼓舞的是，對稱和恒定的數學結構力圖表現出的簡明與整潔也正是我們宇宙所展現的數學結構趨向于越簡單越好，那些復雜的附加公理無疑破壞了簡潔