## 《穿越平行宇宙》3:到底有没有“随机”？

这几天我儿子嘴里长了个小水泡，一刷牙就疼。他很恼火，问我怎么会长这个水泡。我说这没有为什么，它就是长了。但儿子拒绝接受这个说法，说“它不可能就这么随机地（randomly）长出来！”

我们在家里总是督促孩子说中文，但是听儿子用到“random”这个词，我很欣慰。

我大概上高中才知道“随机”，对我来说是个科学词汇 —— 可能英文里这个词没有那么高的格调。“随机”的意思，就是无缘无故地发生。

我儿子哪里知道，他这个问题正在让无数物理学家和哲学家寝食难安。这个世界上到底有没有什么事情，是无缘无故发生的？

今天咱们继续讲泰格马克的《穿越平行宇宙》这本书。物理学家眼中的世界有“随机”吗？这是一个大反转的故事。

生活中有些事，一念之间，人的命运就可能有巨大不同。

上周我们说过纽约市成功学院的故事。因为招生名额有限，公平起见，成功学院用抽签的方法录取。这次抽签对很多贫困家庭的孩子来说是一生之中改变命运的最重要机会。如果一个一心向学的好孩子，因为没抽中而不得不去很差的学校，难道你能说这是因为他父母“积德”不够吗？

世界上有些事情跟你的“个人素质”没关系，根本不可控、和彩票没区别，你抽这个还是抽那个没有对错之分。你不得不承认，生活中有“随机”。

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但是在物理学家看来，你不可控的事情，不等于就是“随机”的事情。

从物理学来说，人无非就是一堆原子，大脑决策无非也是原子的运动，而原子的运动都符合物理方程。一个小球，我告诉你它的位置在哪儿，它现在的速度是多少，它受到的力是什么样的，你就一定可以算出来未来任何时刻这个小球会在什么位置。

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当然，如果小球比较多，计算就会非常复杂。但是，*从原则上来说*，只要知道现在宇宙中每个原子的状态，我们就可以计算未来任何一个时刻的宇宙是什么样子，而且我们还能算出来以前任何一个时刻宇宙是什么样子。

一切都是确定的，哪有什么随机性可言？

比如抽签，为什么你抽中了这个签？那是因为你手的动作。你手的动作，是你大脑中某个电信号决定的。你的大脑里之所以会有那个电信号，因为你当时想到了什么东西。你之所以想到那个东西，和你昨天晚上做的梦有关。你之所以会做那个梦，又是你以前的经历决定的。总而言之 ，有果必有因，你也是物理世界的一部分，一切都是确定的。

你觉得这个世界观怎么样？这就是经典物理学的世界观 —— “经典”，就是古典、就是古老、就是过时了的意思。

咱们先别忙说这个世界观对不对 —— 经典确定世界观有个推论，非常有意思。

这个推论就是宇宙中的信息应该是守恒的。

我只要知道现在宇宙中所有物质的信息，就能计算出它们将来的信息、和过往的信息 —— 这就等于说过去和未来都没有意外 —— 宇宙中的总信息既不会增加，也不会减少，信息是守恒的！

现在的宇宙里有几乎无穷多的星球，它们是由几乎无穷多的基本粒子组成的。想要精确描述这个宇宙，据有关估计，至少需要10的100次方比特的信息。

可是，宇宙大爆炸理论告诉我们，早期宇宙起源于一个非常非常小的区域，里面没有什么复杂的东西。如果早期宇宙很简单，所包含的信息一定很少 —— 可是现在宇宙中信息又是如此庞大，那请问，多出来的信息，是从哪里来的呢？

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要想解决这个问题，似乎必须借助量子力学。

我们专栏以前讲过《量子力学的“人性”》，讲过《薛定谔的猫》，我们知道，量子力学里，*似乎*是有真正的随机性的。一个光子通过两道缝到达屏幕，如果你观测，会发现它或者是从左边的缝过去，或者是从右边的缝过去 —— 到底从哪走，你无法决定。做完实验打开容器，薛定谔的猫或者是死的或者是活的，是死是活你事先没有任何办法控制。波函数坍缩到什么结果，是完全随机的事件。

对物理学家来说，量子随机性是唯一随机性，是物理定律不能预测的结果，是真正的意外。正因为量子力学不断制造意外，我们才在本质上也无法计算每个粒子的运动，所以宇宙中的信息才会越来越多。

再进一步，量子力学的随机性对早期宇宙至关重要。如果早期宇宙是绝对均匀的，那大爆炸就应该向各个方向均匀地爆炸，那就会得到一个绝对均匀的宇宙 —— 可是我们这个宇宙显然不是绝对均匀的，有些地方产生了星球，有些地方是一片空旷的空间。想要有这样的差异，我们就得要求早期宇宙中有一点点的不均匀。

物理学家把那一点点的不均匀叫做“量子涨落”。幸亏有量子涨落，今天的宇宙才多姿多彩。

这就是很多物理学家心目中的“主流”世界观。

可是如果你相信数学宇宙，这个允许量子随机的世界观可就不对了。

量子力学也是数学公式的结果吗？数学公式里，可没有随机性！

咱们前面讲了，“数学宇宙”这个思想认为，宇宙是个数学结构，宇宙里的一切都是数学的。那好，虽然我们不知道这个宇宙的终极理论是什么样的，但是我们知道，它一定是数学公式。而只要是数学公式，它就没有随机性。

不管是什么公式，你输入一组数字，它就会给你算出来一个结果 —— 它不可能有时候给你算出来是这个数，有时候给你算出来是那个数 —— 公式就是公式，它没有自由意志，不会跟你开玩笑。对吧？

那量子力学的随机性是从哪来的呢？还真不是从数学公式来的。量子力学里的波函数遵守的薛定谔方程完全是个正常的、确定性的公式 —— 随机性不是来自波函数本身，而是来自波函数的“坍缩”。而波函数到底怎么坍缩，不受数学控制！

这就是为什么很多物理学家觉得量子力学这个随机性特别别扭，所以有人建议用量子平行宇宙取代波函数坍缩。关于这一点咱们下次再说。

关键在于，如果取消了量子力学的随机性，那数学宇宙思想，怎么解释宇宙里越来越多的信息呢？

还真能解释。简单的数学，就能生产非常复杂、甚至看起来就好像是随机产生的的信息。咱们举个最简单的例子——

√2 = 1.41421356237309504880168872420969807856967187537694807317667973799……

我们从中截取一段数字，比如“42096980785”，你会觉得这是一段完全随机的数字 —— 但事实上它一点都不随机！

根号2是个无理数，它的小数部分无穷无尽，而且不会循环。表面上看，这串数字中包含了无穷多的信息 —— 实际上它只是根号2这么一个信息！

还有一个特别著名的例子，叫“曼德布洛特复数集合”。简单说来这是复平面上的一张图，横坐标是实数轴纵坐标是虚数轴。咱们先看看这张图的一个局部 ——

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非常漂亮，而且感觉特别复杂。这张图的看点在于各个地方看起来有点相似，但又不是完全一样的，所以你没办法用复制粘贴的方法画这个图，你也没有办法高效地压缩它。

那这么复杂的图是怎么生成的呢？其实非常简单！你只要选定一个复数c，然后从 z = 0 开始，反复迭代

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这样生成一连串的数字 z，每一个新数都是前一个数用这个公式计算出来 —— 然后你把所有这些数都标记在复平面上。全局图是这个样子 ——

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为了好看，你可以根据一定的规则标记颜色。从这张图上一点深入进去，可以有无穷无尽的变化 ——

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而这美丽的复杂其实是个幻觉！这一切源于 这个无比简单的公式。

类似的例子非常之多。我们专栏第一季有一期叫《一个神人的世界观》，讲到了沃尔夫勒姆的“元胞自动机”游戏，其中有个第30号规则，非常简单，但是生成了一个无比复杂的局面 ——

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从下面任取一行，你会觉得整个的变化非常“随机”，而实际上它是简单规则的确定结果。

所以包括沃尔夫勒姆在内的一些科学家认为，我们这个宇宙现在的一切，看似无比的繁华复杂，其实都是从一个简单数学公式推演出来的。除了终极理论的那个公式之外，宇宙从来都没有过新信息！

泰格马克的看法没有这么极端，他认为早期宇宙的那一点点涨落信息还是需要的。不过那一点点涨落信息也是数学的产物，就好像“42096980785”是根号2的产物一样 —— 我们只知道一个根号2还不够，我们还得知道具体到根号2的哪里去找这段数字，它只是个*位置*信息。

但不论如何，终极理论之外那个涨落的信息，并不代表物理实在的本质 —— 它只与我们这个宇宙在那段数学结构中的*位置*有关。根号2中的每一段数字都能跟终极理论配合生成一个略微不一样的宇宙，而我们正好处在地址是“42096980785”的这个宇宙中。

***

好。现在抬头看看你周围的一切。天文学家有充分的观测证据表明，以前的宇宙看起来没有这么复杂 —— 宇宙起源于一次大爆炸。那你想想，现在这一切到底是怎么来的。

你相信其中有“上帝”之类精神力量的干预吗？你相信其中有不受任何力量控制的“随机”的作用吗？还是你相信，这一切都不过是一个简单的数学公式、再加上一个涨落地址、的产物？

如果你相信数学，你就不得不相信一些听起来匪夷所思的东西，比如说时间的流逝是个错觉，比如说平行宇宙。

最后，我编了个故事，想给你讲讲。

有一天，你一觉睡醒，发现自己被劫持到了一个完全陌生的房间里。这个房间没有窗户，你不知道外面有什么东西，你甚至不知道是不是还在地球。

根据某些惊悚电影的剧情，你猜测也许还有别人被劫持了，关在跟你一样的、别的房间里。可是你怎么验证呢？

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你就在房间里到处找，结果你发现一个信封，似乎是给这个房间的一封信，可是信封是空的。

但是信封上有个数字 ——

1043。

也许这是你所在的房间号。如果只有一个房间，信封上就没必要写数字。如果你这个房间很特殊，信封上就应该是个特殊的数字，比如 0 或者 1。那为什么是 1043 这个看起来很“随机”的数字呢？

仅凭这一个数字，你就能以很强的信心判断 ——

应该还有别的房间，而且你的境遇并不特殊。

咱们下期再说。

### 💡 精华要点
- 你不可控的事情，不等于就是“随机”的事情。

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