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有平行的宇宙吗? 在这些宇宙中,你不是在阅读这篇文章,而是还在睡觉;或者说你比现在更幸福,更快乐,更富裕,更穷,甚至已经去世了? 答案是“有可能的”。 平行宇宙是一个很有争议的诠释,然而在过去的几十年中得到了越来越多人的认可。

模糊的现实

这种平行性源于微观物理学。 在二十世纪初,物理学家创造并发展了量子力学,以最小的尺度来理解世界。 量子力学表明,在这个微小的世界中,现实是模糊的。 小粒子:例如电子,不需要明确的在这里或那里,它们可以同时处于不同的几个地方。 它们还可以同时拥有我们通常认为相互排斥的其他属性(比如自旋)。粒子同时处于不同的几个地方,被物理学家称为不同状态的叠加。

平行宇宙是否存在?-量子客

有平行宇宙吗?

实验证实叠加是真实存在的。 甚至像足球烯——由60个碳原子组成,确实可以同时处于在几个不同的地方。摒住呼吸的你可能会立即提出这样的问题—— 当我们寻找一个粒子时,我们是否只在一个确定的地方找到了它? 这也便是是量子力学中著名的测量问题。(测量意味着波包塌缩,意味着状态的确定)。 然而作为个人的我们也是由粒子组成的,为什么我们自己只处在一个地方?

量子力学本身并没有给出这个问题的明确答案。 一种可能性是该理论并没有全面的了解。 也许在自然界中存在另一种机制,一种我们尚未了解的机制——当我们进行测量时它会促使现实的状态与所有叠加状态中的一种完全对应起来。 现实可能在最微小的尺度上是模糊的,但是一旦受到宏观物体的干扰(实验者或测量设备),它就会被迫沿着一条路线向下。 剑桥大学的量子物理学家阿德里安·肯特说:“如果你认为还有一些额外的东西,那么你就有了描述额外的东西的问题。” “我们如何以数学方式描述它,我们如何根据经验进行测试?这是一项伟大的大型研究计划。”

从字面上理解数学

另一种可能性需要你再一次摒住呼吸。也许测量的所有可能结果都是同样真实存在的:当您进行测量时例如:要看粒子的位置。“世界”就会分裂成不同的分支。而在每个分支中,您又可以在一个确定的位置看到粒子。

这个多“世界”的理论,最初是由物理学家休·埃弗雷特在他1957年出版的博士论文中提出的。它可能看起来很疯狂,但它源于量子力学基础的数学。量子力学方程并不表示在测量点会发生一些特殊的事情,那么为什么不让它们继续前进并看看会发生什么呢? “之后的数学,告诉我们的是如果粒子是(处于两个状态A和B的叠加),那么进行测量的观察者就处于(状态A)中看到粒子与在(状态B)中看到粒子的叠加,“牛津大学物理学哲学家大卫华莱士解释说。因此,微观叠加变成了宏观叠加。

虽然数学不能在A或B之间做出决定,但它也不能将两者完全融合在一起。描述这种情况的数学表达式可以分为两部分,每部分描述一个实验者正好看到两种可能性中的一种的世界。如果从字面上理解这一点,那么你必须承认现实已经分裂。

分支宇宙

物理学家是否能够确定是测量结果导致现实分裂么? 答案是不确定的。 对叠加系统的测量是与该系统的交互,并且还存在可以与其交互的其他物理过程。 例如,单束宇宙射线可以是同时进入许多不同方向射线的叠加。 如果这些方向中的一个源于地球上的某晶体,则射线的影响将在晶体上留下痕迹。这时 晶体就会有效地标记出测量光线的位置。 并且由于光线在晶体上位置叠加而不是源于晶体,晶体内部就会具有痕迹但不会有痕迹信息的叠加。 因此埃弗雷特的解释,现实分裂也是如此。

平行宇宙是否存在?-量子客

物理学家欧文·薛定谔(Erwin Schrodinger)设计了一个著名的思想实验,在这个实验中,一只盒子里的猫处于两种状态的叠加:死的和活的。根据埃弗雷特的解释,当你打开盒子观察猫的时候,世界分成了两支:一只猫死了,另一只猫活着

伴随着消除观察者的需要,你可以想象游戏副本从一开始就一直在进行。 “[根据多世界的观点],从大爆炸开始就一直存在,”肯特说。 “宇宙可能开始于一个简单的量子状态,但它很快就变成了对宇宙的许多不同描述的叠加,大量的星系结构。在这些分支中,地球会形成有些则是 不会。在一些能形成地球的地方,我们会进化,有些地方我们不会。“

很高兴见到我?

但为什么我们从未意识到自己的其他分身?为什么我们不会同时在多个地方看到像冰箱或人这样的大物体呢?有趣的是,埃弗雷特的原始表述无法包含这一点。原则上,现实可能以错误的方式分裂,以便实验者会在一些奇怪的不确定位置看到电子。但埃弗雷特并没有考虑到外面的世界。一旦电子与外界相互作用,光子或宇宙射线掠过,“电子位于位置A”和“电子位于位置B”状态之间的任何可察觉的干扰基本上都会泄漏到更广阔的世界中消散。就像扔进湖里的石头引起的涟漪一样,随着它们的扩散而逐渐消失,干扰变得如此之小以至于难以察觉 - 观察者在观察电子时只能看到一个明确的结果。这个过程称为退相干,这个过程发生得非常快,所以我们从未意识到这一点。

由于人和冰箱一直与数以万计的粒子相互作用,因此退相干将它们牢牢地置于单轨世界中:它们无论是在这里还是在那里。如果你正在处理微观的东西,比如电子,那么你可以将它与外界隔离得足够好以观察叠加。不是直接看它,而是单独留下它,然后寻找告诉人必须发生叠加的故事 - 这正是科学家们能够确认它存在的方式。 “但系统越大,就越难以将其与外部环境隔离开来”华莱士解释道。 “那么就越来越难以发现我们所拥有的是两个相互作用的事情,而不仅仅是一次性事件。”

哪个我是真的?

这一切对我们意味着什么? “在埃弗雷特的观点中[所有不同的分支]都存在于现实中,”肯特说。 “你有很多分身,问哪些是真实的是没有意义的。这些分身中有一个是现在的你,它们都同样有效。你会有同样的记忆[和你的所有其他分身一样]直到你分开了。之后你的分身之间可能会有微小的差异,或者[在一段时间之后]可能会有很大的差异。“

肯特不是许多世界观诠释的支持者。他也指出它应该对你的生活态度产生深远的影响。 “这可能会让你变得非常虚无,因为毕竟有什么重要的努力,无论你想要达到什么目的,无论如何你都会努力工作。你也可能被悲伤所压倒:每当你开车沿着高速公路行驶时你们的小分身会在他们崩溃和死亡时剥落。或者你可以把你的生命奉献给尽可能避免风险的人,以便尽可能多地照顾自己的未来分身。那些对社会采取利他主义观点的人, 倾向于社会主义或平等主义,应该对他们的分身采取同样的观点。更重要的是因为他们都是你,所以你有更强的道德责任[照顾他们]。

平行宇宙是否存在?-量子客

你会遇见其他的自己吗?

多世界的观点可能不符合常识,但支持者称赞其科学的优雅:它依赖于现有的量子力学和数学。你不必介绍那种神秘的“额外的东西”,它可以使现实从叠加状态转变为明确的单一状态。华莱士说:“没有新的假设或新的物理原理。” “这正是采取我们所拥有的理论并认真对待它的结果。”

不是每个人都是信徒 - 这并不是因为理论的明显疯狂。毕竟,许多理论在他们第一次萌芽时似乎很疯狂,而今天没有任何物理学家可以为之沾沾自喜。主要是两个问题。有些人包括肯特,并不完全相信退相干足以解释世界分裂成像与它相同的分支。他们担心:竟需要一些额外的假设来使退相干工作。

另一个问题是,数学为世界的不同分支配备了概率。但是,如果所有分支都同样真实,那么说一个分支比另一分支更有可能是有道理的吗?在20世纪90年代,物理学家大卫·德意志(David Deutsch)提出了一种有趣的方法来理解这一点:想象一下你是在押注自己未来的自我。这是我们将在下一篇文章中看到的内容。

原文

作者:Marianne Freiberger

译者:江流儿

校对:量豆豆