幾年前，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，將魚養在魚缸裡是殘忍的，因為彎曲的側面會給魚帶來扭曲的現實景象。除了這項措施對可憐的金魚的意義外，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？
金魚看到的是與我們不同的現實版本，但我們能確定它就一定不真實嗎？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與金魚處於類似的困境。幾十年來，我們一直努力提出一個終極的萬物理論——一套完整且一致的自然基本定律，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，而是一系列相互關聯的理論，每個理論都描述了自己版本的現實，就像透過自己的魚缸觀察宇宙一樣。
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這種觀念可能很難被許多人，包括一些在職科學家所接受。大多數人認為存在一個客觀現實，我們的感官和科學直接傳達關於物質世界的資訊。經典科學基於這樣一種信念：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。
然而，那些記得蒂莫西·利裡和 1960 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，有多種名稱，例如反實在論、工具主義或唯心主義。根據這些學說，我們所知的世界是由人類思維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——如此準確地描述我們日常經驗的牛頓物理學——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“實在論”理解相協調。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的光是由我們無法直接感知的物體（例如電子和光子）組成的。這些物體不受經典物理學定律的支配，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實體，而只是作為許多物體的集合的一部分而存在。量子物理學對我們過去的觀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而存在，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而存在。即使是整個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——儘管後者與我們的直覺相符，並且在我們設計建築物和橋樑等事物時仍然對我們很有用。
這些例子使我們得出一個結論，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，我們採納一種我們稱之為模型依賴的實在論的觀點：物理理論或世界圖景是一個模型（通常是數學性質的），以及一組將模型的元素與觀測聯絡起來的規則。根據模型依賴的實在論，詢問模型是否真實是沒有意義的，重要的是它是否與觀測結果一致。如果兩個模型都與觀測結果一致，則不能認為其中一個模型比另一個模型更真實。一個人可以使用在所考慮的情況下更方便的模型。
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替代現實的想法是當今流行文化的主要內容。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。很容易將外星人生活的世界稱為“真實”世界，而將計算機生成的世界稱為虛假世界。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對現實的描繪。
金魚的情況也類似。從它們彎曲的魚缸外部來看，它們的視野與我們的視野不同，但它們仍然可以制定科學定律來支配它們在外部觀察到的物體的運動。例如，由於光線從空氣傳播到水時會彎曲，因此我們觀察到的沿直線運動的自由移動物體，金魚會觀察到它沿彎曲路徑運動。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，並且使它們能夠對魚缸外物體的未來運動做出預測。它們的定律將比我們參考系中的定律更復雜，但簡單性是個人品味問題。如果金魚制定了這樣的理論，我們將不得不承認金魚的觀點是現實的有效描繪。
不同的現實圖景的一個著名的真實世界例子是托勒密的以地球為中心的宇宙模型與哥白尼的以太陽為中心的模型之間的對比。儘管人們常說哥白尼證明托勒密是錯誤的，但事實並非如此。正如我們的觀點與金魚的觀點的情況一樣，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空的觀測。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，但它的真正優勢在於，在太陽處於靜止狀態的參考系中，運動方程要簡單得多。
模型依賴的實在論不僅適用於科學模型，也適用於我們所有人建立的用於解釋和理解日常世界的有意識和潛意識的心理模型。例如，人腦處理來自視神經的原始資料，結合來自雙眼的輸入，提高解析度並填補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。當您看到椅子時，您僅僅是利用椅子散射的光線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眼鏡，使其眼睛中的影像顛倒過來，他們的大腦也會改變模型，從而使他們再次以正確的方式看到事物——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期望——或更多的爭議。弦理論最初於 1970 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，特別是將引力引入量子物理學領域。然而，到 1990 年代初期，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，這真令人尷尬。在 1990 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，每種理論都只在一定範圍的條件下（例如，在低能量下）對現象進行良好的描述。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種更基本的理論（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“主宰”、“奇蹟”或“神秘”，或三者兼而有之。）人們仍在試圖破譯 M 理論的本質，但似乎對單一自然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，人們必須使用一系列地圖，每張地圖都覆蓋有限的區域。這些地圖相互重疊，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有效。
每當我們開發一個世界模型並發現它是成功的時，我們傾向於將現實或絕對真理的品質歸於該模型。但是，M 理論就像金魚的例子一樣，表明可以用不同的方式對相同的物理情況進行建模，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，我們不得不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，但根據模型依賴的實在論，這種多樣性是可以接受的，並且不能說任何一個版本比任何其他版本更真實。這既不是物理學家對自然理論的傳統期望，也不符合我們日常對現實的看法。但這可能是宇宙的執行方式。