大約十年前，義大利蒙扎市議會禁止寵物主人將金魚養在彎曲的魚缸中。 該措施的發起人解釋說，將魚養在碗裡是很殘忍的，因為彎曲的碗壁會給魚帶來扭曲的現實視野。 除了這項措施對可憐的金魚的意義之外，這個故事還提出了一個有趣的哲學問題：我們如何知道我們感知的現實是真實的？ 金魚看到的現實版本與我們的不同，但我們能確定它就一定不那麼真實嗎？ 就我們所知，我們也可能一生都在透過扭曲的鏡頭凝視世界。
在物理學中，這個問題並非學術性的。 事實上，物理學家和宇宙學家發現自己也處於與金魚類似的困境。 幾十年來，我們一直努力提出一個終極的萬物理論——一套完整且自洽的自然基本定律，可以解釋現實的方方面面。 現在看來，這項探索可能不會產生單一的理論，而是一個相互關聯的理論家族，每個理論都描述了它自己的現實版本，就好像它透過自己的魚缸觀察宇宙一樣。
對於許多人，包括一些在職科學家來說，這種概念可能難以接受。 大多數人認為，存在一個客觀的現實，我們的感官和科學直接傳遞關於物質世界的資訊。 經典科學的基礎是這樣一種信念，即存在一個外部世界，其屬性是確定的，並且獨立於感知它們的觀察者。 在哲學中，這種信念被稱為實在論。
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然而，那些還記得蒂莫西·利裡和 20 世紀 60 年代的人知道另一種可能性：一個人對現實的概念可能取決於感知者的思想。 這種觀點，存在各種細微的差異，其名稱包括反實在論、工具主義或唯心主義。 根據這些學說，我們所知道的世界是由人類大腦利用感官資料作為其原始材料構建的，並受到我們大腦的解釋結構的塑造。 這種觀點可能難以接受，但並不難理解。 沒有辦法將觀察者——我們——從我們對世界的感知中移除。
物理學的發展方向表明，實在論正變得難以捍衛。 在經典物理學中——牛頓物理學如此準確地描述了我們的日常經驗——諸如物體和位置等術語的解釋在很大程度上與我們對這些概念的常識性“現實”理解相符。 然而，作為測量裝置，我們是粗糙的儀器。 物理學家發現，日常物體和我們看到它們所依賴的光是由我們無法直接感知的物體（例如電子和光子）構成的。 這些物體不受經典物理學的支配，而是受量子理論定律的支配。
量子理論的現實與經典物理學的現實截然不同。 在量子理論的框架內，粒子既沒有確定的位置，也沒有確定的速度，除非並且直到觀察者測量這些量。 在某些情況下，單個物體甚至不具有獨立的生存，而只是作為多個物體的集合的一部分存在。 量子物理學對我們過去的概念也具有重要的影響。 在經典物理學中，過去被假定為一系列確定的事件存在，但根據量子物理學，過去就像未來一樣，是不確定的，並且僅作為一系列可能性存在。 即使是作為一個整體的宇宙也沒有單一的過去或歷史。 因此，量子物理學暗示的現實與經典物理學的現實不同——即使後者與我們的直覺相符，並且在設計建築物和橋樑等事物時仍然對我們很有用。
這些例子得出了一個結論，該結論為解釋現代科學提供了一個重要的框架。 在我們看來，不存在獨立於影像或理論的現實概念。 相反，我們採納了一種我們稱之為模型依賴實在論的觀點：物理理論或世界圖景是一種模型（通常是數學性質的）以及一組將模型元素與觀察聯絡起來的規則。 根據模型依賴實在論，詢問模型是否真實是毫無意義的，重要的是它是否與觀察結果一致。 如果兩個模型都與觀察結果一致，則不能認為其中一個模型比另一個模型更真實。 一個人可以使用在當前情況下更方便的模型。
參考系
替代現實的想法是當今流行文化的主流。 例如，在科幻電影《駭客帝國》中，人類在不知不覺中生活在由智慧計算機建立的模擬虛擬現實中，目的是讓他們保持平靜和滿足，同時計算機吸取他們的生物電能（無論那是什麼）。 我們怎麼知道我們不僅僅是生活在類似駭客帝國的世界中的計算機生成的角色？ 如果我們生活在一個合成的、虛構的世界中，事件不一定具有任何邏輯或一致性，也不一定遵守任何定律。 控制我們的外星人可能會覺得看到我們的反應更有趣或更有趣，例如，如果世界上每個人突然都認為巧克力令人厭惡或戰爭不是一種選擇，但這從未發生過。 如果外星人確實強制執行一致的定律，我們將無法分辨模擬現實背後是否還存在另一個現實。 將外星人居住的世界稱為“真實的”世界，而將計算機生成的世界稱為虛假的世界是很容易的。 但是，如果像我們一樣，模擬世界中的生物無法從外部凝視他們的宇宙，他們就沒有理由懷疑他們自己的現實圖景。
金魚也處於類似的情況。 它們從彎曲的碗外看到的景象與我們不同，但它們仍然可以制定科學定律來管理它們在外面觀察到的物體的運動。 例如，由於光線從空氣傳播到水時會發生彎曲，因此我們觀察到沿直線運動的自由移動物體將被金魚觀察到沿曲線路徑運動。 金魚可以從它們扭曲的參考系中制定科學定律，這些定律將始終成立，並且能夠使它們預測碗外物體的未來運動。 它們的定律將比我們框架中的定律更復雜，但簡單性是個人喜好問題。 如果金魚制定了這樣的理論，我們就不得不承認金魚的觀點是現實的有效圖景。
現實世界中不同現實圖景的一個著名例子是托勒密的地球中心宇宙模型與哥白尼的太陽中心模型之間的對比。 儘管人們常說哥白尼證明了托勒密是錯誤的，但事實並非如此。 正如我們在看待世界的方式與金魚看待世界的方式一樣，人們可以使用任何一種圖景作為宇宙的模型，因為我們可以透過假設地球或太陽處於靜止狀態來解釋我們對天體的觀測。 儘管哥白尼體系在關於宇宙本質的哲學辯論中發揮了作用，但哥白尼體系的真正優勢在於，在太陽處於靜止狀態的參考系中，運動方程要簡單得多。
模型依賴實在論不僅適用於科學模型，也適用於我們所有人為解釋和理解日常世界而建立的有意識和潛意識心理模型。 例如，人類大腦處理來自視神經的原始資料，結合來自雙眼的輸入，增強解析度並填補空白，例如視網膜盲點中的空白。 此外，它還從視網膜的二維資料中建立了三維空間的印象。 當你看到椅子時，你僅僅是利用椅子散射的光來構建椅子的心理影像或模型。 大腦非常擅長構建模型，以至於如果人們戴上將眼睛中的影像顛倒的眼鏡，他們的大腦會改變模型，以便他們再次以正確的方式看待事物——希望在他們試圖坐下之前。
深層理論的驚鴻一瞥
在探索發現物理學終極定律的過程中，沒有哪種方法比弦理論引起了更高的希望——或更多的爭議。 弦理論最初於 20 世紀 70 年代提出，旨在將自然界的所有力統一到一個連貫的框架中，特別是將引力力引入量子物理學領域。 然而，到 20 世紀 90 年代初，物理學家發現弦理論存在一個尷尬的問題：存在五種不同的弦理論。 對於那些主張弦理論是獨特的萬物理論的人來說，這真是令人尷尬。 在 20 世紀 90 年代中期，研究人員開始發現，這些不同的理論——以及另一種稱為超引力的理論——實際上描述了相同的現象，這讓他們有了一些希望，認為它們最終會成為一個統一的理論。 這些理論確實透過物理學家稱之為對偶性的東西聯絡起來，對偶性是一種用於來回翻譯概念的數學詞典。 但是，唉，每種理論都只是在一定條件範圍內（例如，在低能量下）對現象的良好描述。 沒有一種理論可以描述宇宙的方方面面。
弦理論家現在確信，五種不同的弦理論只是對一個更基本的理論（稱為 M 理論）的不同近似。 （似乎沒有人知道“M”代表什麼。 它可能是“master”、“miracle”或“mystery”，或者三者兼而有之。）人們仍在努力破譯 M 理論的本質，但似乎對自然界單一理論的傳統期望可能是站不住腳的，並且為了描述宇宙，我們必須在不同的情況下采用不同的理論。 因此，M 理論不是通常意義上的理論，而是一個理論網路。 它有點像地圖。 為了在平面上忠實地表示整個地球，必須使用一系列地圖，每張地圖覆蓋有限的區域。 地圖彼此重疊，在重疊處，它們顯示相同的景觀。 同樣，M 理論家族中的不同理論可能看起來非常不同，但它們都可以被視為同一底層理論的版本，並且它們都在重疊處預測相同的現象，但沒有一種理論在所有情況下都適用。
每當我們開發出一個世界模型並發現它成功時，我們都傾向於將現實的品質歸於該模型。 但 M 理論，就像金魚的例子一樣，表明相同的物理情況可以用不同的方式建模，每種方式都採用不同的基本要素和概念。 可能為了描述宇宙，我們必須在不同的情況下采用不同的理論。 每種理論都可能有其自身的現實版本，但根據模型依賴實在論，這種多樣性是可以接受的，並且不能說任何一種版本比任何其他版本更真實。 這既不是物理學家對自然界理論的傳統期望，也不符合我們對現實的日常觀念。 但這可能是宇宙的執行方式。