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平行宇宙真的存在吗?


“泡沫宇宙论”与随机量子力学是否冲突,平行世界真的存在吗?
  真的存在平行宇宙吗?在其他的宇宙中,你也许正在睡觉,也许正感到快乐或悲伤,你可能是个富翁也可能是个穷鬼,甚至可能已经死掉了。
  答案是“有这种可能。”平行宇宙是一个颇有争议的说法,但是在过去几十年里,它收获了越来越多的追随者。
  模糊的现实
  平行世界起源于微观尺度下的物理学。
  二十世纪初,物理学家创造并发展了量子力学来理解微观尺度下的世界。
  这个理论认为,微观世界的现实很模糊。
  微观粒子,不需要拥有特定的位置,它可以同时处于不同的位置,还可以同时拥有其他我们原本认为并不相容的性质。当粒子拥有这样的性质时,物理学家就说它们处于不同状态的叠加态。
  实验已经证明叠加态是真实存在的。

  那为什么我们看到的粒子只会处于特定的位置上?这正是量子力学中著名的测量问题。
  量子力学自身并没有给出这个问题的答案。一个可能是,量子力学并不是描述这个世界完善的理论。
  也许自然界遵循另一种运行机制,这种机制我们暂时还不理解。在微观世界中,现实也许是模糊不清的,但是一旦涉及到宏观物体,例如观测者或者测量仪器,微观物体就不再处于叠加态了。
  通过数学理解世界
  另一个可能是我们需要更深入的理解。
  也许所有可能的测量结果都是真实存在的:当你进行测量,例如测量一个粒子的位置,世界分裂成不同的分支。在每一个分支里都有一个你,这个分支里的你测量到一个粒子处于某个位置。

  休·埃弗雷特 摄于1964年 来源:马克·埃弗雷特  1957年,物理学家休·埃弗雷特首次在他的博士论文中提出关于多世界的想法。
  这个想法可能看起来非常疯狂,但它扎根于量子力学的数学基础之上。
  量子力学的公式并没有告诉测量时会发生什么,所以为什么不让它们按照薛定谔方程演化来看看会发生什么呢?  “数学告诉我们的是,当一个粒子处于A状态和B状态的叠加态”,观察者的测量让自己进入观察到粒子处于‘A状态’和观察到‘B状态’的叠加态中,”牛津大学物理哲学家大卫·华莱士解释道。所以微观的叠加变成了宏观的叠加。
  但是,虽然数学不能决定测到A还是B,但它也没有将两者混合起来。
  描述体系所处状态的数学表达式可以分为两部分,每个部分描述的是一个世界,在这个世界中,实验者正好看到了两种可能性中的一种。
  如果你从字面上理解这一点,那么你必须承认现实世界已经发生分裂。
  分支宇宙  物理学家的测量是唯一会引起世界分裂的手段吗?当然不是。
  测量本质上是测量仪器与叠加态之间发生相互作用,其他的物理过程同样可以和叠加态发生相互作用。
  例如,宇宙射线可以处于向各个方向传播的叠加态上。如果沿着其中一个方向传播的射线射向地球上的一块晶体,那么射线的照射会在晶体上留下轨迹。
  晶体能有效地测量光线的位置。因为光线处于射向晶体和不射向晶体的叠加态上,晶体进入了留有痕迹和没有痕迹的叠加态。事实上,埃弗雷特的解释也是如此,现实发生了分裂。

  物理学家埃尔温·薛定谔提出了一个著名的思想实验,即在盒子中的猫处于生或死的叠加态。根据埃弗雷特的解释,当你打开了盒子并观察猫的状态时,世界就已经分裂成了两个分支:在其中一个世界中猫是活的,而在另一个世界中猫是死的。
  很高兴认识……我?
  但为什么我们从来没有发现另外一个自己?为什么我们从来没有看到像冰箱或人这样的宏观物体同时出现在多个地方?
  有趣的是,埃弗雷特最初的公式并不能排除这种可能性。
  原则上,现实可能以我们没见过的方式分裂,这样观测者就会看到一个电子并不处于特定的位置上。  但埃弗雷特没有考虑到外界的影响。当电子与外部环境发生相互作用,两种状态之间的干涉也变得无法察觉--观测者在观察电子时只能看到一个确定的结果。这个过程,叫做退相干,它发生的速度非常快,所以我们从来没有意识到它的存在。

  由于人和冰箱一直与无数的粒子发生相互作用,退相干效应会将它们限制在某一个单一的轨迹上面:它们不会在某一时刻处于不同的位置上。
  如果你研究的时是微观物体,比如电子,那么你就可以很好地将它与外界隔离开,从而观察到叠加现象。
  当然不是通过直接观测它来证实叠加态的存在,而是让叠加态独立存在,然后寻找物体处于叠加态时会发生的物理现象——这正是科学家们能够确认它存在的方法。
  “不过系统越大,就越难将其与外部环境隔离开。因此,越大的物体越难处于叠加态中。”华莱士解释道。
  哪一个我是真实的?
  “在埃弗雷特看来,‘所有不同的分支’都是真实的,”肯特说,“这些分支里由很多你的拷贝,你要问哪一个是真实的是没有意义的。
  这些拷贝之间是平权的,它们都是真实的。
  直到世界发生分裂之前,所有的拷贝都拥有相同的记忆。在很短一段时间后,拷贝之间会产生微小的差别,随着时间的流逝,差别会越来越大。”

  你会见到其他的“你”么?

  肯特不认同多世界理论,他指出,多世界理论会对你的生活态度产生深远的影响。

  “这可能会让你变得非常信奉虚无主义,因为付出努力又有什么意义,在某些分支宇宙中,无论你试图做什么,你总是会成功。你也可能被悲伤包围。或者你可以一生致力于规避风险,以便尽可能让自己未来的复制品们过得好一点。”

  并不是每个人都是多世界理论的信徒——这并不是因为这个理论表面上的看起来很疯狂。毕竟,许多理论在最初构思的时候似乎都很疯狂。今天,没有一个物理学家会因此而退缩。

  来源:中科院物理所


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