115 第11章 国王还活着！

有限的选择
    我们的讨论围绕着宇宙中的遥远区域，以及它们与我们比邻区域的差异展开。由于每个宇宙岛对于身处其中的居民来说都是元限大的，因此可以将其划分为无限多个区域，其中的每一个区域都和我们的可观测区域一样大。我们将其简称为“O区域”。
    想象一下，无限的空间被许多个直径800亿光年的巨大球体充满，每一个球体就是一个O区域，随着宇宙的膨胀而膨胀。当然，在字宙早期，它们的体积也比现在的小。所有这些O区城在宇宙大爆炸中（即暴胀结束时）看起来大体相同，但是在细节上存在差异。比如由暴胀中的随机量子过程导致的小密度批动在各个区域内就不相同。当这些扰动被引力放大之后，不同O区域的宏观特性就产生了差异。到星系形成的时候，尽管在统计层面这些O区域都非常相似，但是星系具体分布的细节却大为不同。再往后，生命和智慧生物的演化过程充满了偶然性，这也加大了不同O区域之间的细节差异。因此，我们可以预料到每个O区域都有自己独特的历史。
    其中重要的一点是，在任何O区域，或者说任何有限大的系统中，不同构造的物质的数量都是有限的。有人会认为在系统中可以做出任意小的改动，从而产生无数种可能性，然而事实并非如此。
举例来说，我将椅子移动1厘米，就可以说我改变了我们这个区域的状态。同时，我也可以移动0。9厘米、099厘米、0。99厘米…乃至无限接近1厘米。但问题是，由于量子力学中的不确定性，如果位移实在太短，原则上我们就区分不出来物体有没有经过位移了
在经典的牛顿物理学中，一个物理系统的状态可以用其中所有粒子的确定的位置和速度来描述。但现在我们知道，这种描述方式只适用于宏观的、大型的物体，而且只是一种近似描述。在量子世界中粒子是无法被精确定位的。
量子物理的核心是不确定性原理，由维尔纳·海森堡在1927年发现。该原理的主要结论是，一个粒子的位置和速度不能同时被精确测量。对位置的测量越精确，速度的不确定性就越大。如果位置完全被确定下来，那么速度就完全不确定。反之亦然，如果速度被精确测量，那么我们就完全无法知道这个粒子的位置。
海森堡对这种不确定性做了如下直观的解释。确认一个粒子位置的最简单的方法是用光照它，光波碰到粒子后散射向各个方向，其中一些被我们的眼睛或者测量仪器接收，那我们就能看到这个粒子在哪里。但是通过这种方法获得的粒子图像不会绝对清晰：由于尺寸小于光波长的细节部分无法被测量到，因此位置的精确度不可能超过光的波长。为了解决这个问题，我们可以使用波长更短的光，但是这时光的量子性也随之凸显了出来。光由光子组成，而光子的能量与波长成反比。因此，一个粒子被波长极短的光照射，等于是在被高能光子轰击，这会使得粒子受到一定的作用力，从而改变其速度。这种作用力就是不确定性的根源，我们要想使位置测量的精确度更高，就要使用波长更短的光，那么这种作用力对被观测粒子的速度的影响就会更大
即使我们对粒子速度不感兴趣，只想知道它的位置，海森堡的论证也表明，为了更精确地定位粒子，我们不得不提供更高的能量。而现实世界中，任何物理系统的能量都是有限的，因此定位的精度也受到了限制。
由于无法确定粒子的精确位置，我们只能转而使用所谓的“粗粒描述”。假设我们所在的O区域被分成特定大小（如体积为1立方厘米）的立方单元，那么通过描述区域中每个粒子所占据的立方单元就可以归纳出相应的粗粒状态。单元越小，所得到的描述就越精确。但是在小单元内定位粒子需要消耗大量能量，甚至有可能超出相应区域内的所有可用能量，因此这种精确并不是无限度的。
    显然，有限数量的粒子在有限数量的单元中的分布方式也是有限的，因此我们O区域内的物质也只能处于有限数量的特定状态内。这个数量，经粗略估计，大概是10的10次方，也就是1后面跟着10°个零。这数字大得无法想象，但重要的是，它仍然是一个有限的数字。
    到目前为止，一切都还正常。但有一个问题是，某些遥远的区域可能含有更多的物质和能量。宇宙暴胀期间，军见的大型量子涨落可能会产生一些密度极高、充满高能粒子的区域。随着粒子数量及能量的增加，可能状态的数量也会增加。但是这也只在一定限度内。如果越来越多的能量被挤压进一个区域，那么该区域的引力就会随之增强，并最终形成黑洞。因此，引力为特定大小的区域内可能存在的状态数量设定了一个绝对约東，而不管区域内到底包含什么内容。
    关于这个约東的具体数值目前仍在研究中。该研究于20世纪80年代由雅各布·贝肯斯坦（ Jacob Bekenstein）发起，近年来随着超弦理论的发展，又由赫拉徳·特霍夫特（ Gerard't Hoc）和伦纳德·萨斯坎徳等人重新拾起。研究结果显示，某一区域内的最大状态数仅取决于其边界的表面积。对于一个区域来说，这个数字是10的10次方，也就是1后面跟着102个零！