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平行宇宙真的存在吗?(深度长文)

2022-08-25 00:48:09 667

摘要:1954年,普林斯顿大学年轻的博士生休·埃弗雷特三世提出了一个激进的观点:存在平行宇宙,就像我们存在的宇宙一样。在这些平行宇宙中,我们的。这些宇宙都与我们的有关,事实上,它们是从我们的分支中分离出来的,我们的宇宙也是从其他的分支中分离出来的。...

1954年,普林斯顿大学年轻的博士生休·埃弗雷特三世提出了一个激进的观点:存在平行宇宙,就像我们存在的宇宙一样。这些宇宙都与我们的有关,事实上,它们是从我们的分支中分离出来的,我们的宇宙也是从其他的分支中分离出来的。在这些平行宇宙中,我们的战争有着不同于我们所知的结果。在我们的宇宙中灭绝的物种已经进化并适应了其他物种。在其他宇宙中,我们人类可能已经灭绝了。

这种想法简直让人难以置信,但它仍然是可以理解的。与我们相似的平行宇宙或维度的概念出现在科幻小说中,并被用作形而上学的解释。但是,为什么一个年轻有为的物理学家会冒着职业生涯的危险,提出一个平行宇宙的理论呢?

用他的多世界理论,埃弗雷特试图回答一个与量子物理学有关的相当棘手的问题:为什么量子物质的行为不稳定?量子水平是迄今为止科学探测到的最小水平。量子物理学的研究始于1900年,当时物理学家马克斯·普朗克首次将这个概念引入科学界。普朗克对辐射的研究产生了一些与经典物理定律相矛盾的不寻常的发现。这些发现表明,在宇宙中还有其他的规律在起作用,它们在比我们所知道的更深的层次上运行。

海森堡不确定性原理

只用了很短的时间,研究量子层次的物理学家们就注意到了这个微小世界的一些奇特之处。首先,存在于这一层的粒子,有一种任意呈现不同形式的方式。例如,科学家们观察到光子 —— 微小的光包 —— 扮演着粒子和波的角色。甚至单个光子也显示出这种形状变化。想象一下,如果一个朋友看了你一眼,你的样子和行为都像一个实实在在的人,但当他再回头看时,你已经变成了气态。

这就是所谓的海森堡不确定性原理。物理学家维尔纳·海森堡(Werner Heisenberg)提出,仅仅通过观察量子物质,我们就能影响该物质的行为。因此,我们永远不能完全确定量子物体的性质或其属性,如速度和位置。

这一观点得到了量子力学哥本哈根解释的支持。这一解释是由丹麦物理学家尼尔斯·玻尔提出的,认为所有的量子粒子并不存在于一种状态或另一种状态,而是同时存在于所有可能的状态中。量子物体可能状态的总和称为它的波函数。一个物体同时处于所有可能状态的状态称为叠加。

尼尔斯·玻尔认为,当我们观察一个量子物体时,我们会影响它的行为。观测破坏了物体的叠加,并从本质上迫使物体从波函数中选择一种状态。这个理论解释了为什么物理学家对同一个量子物体进行了相反的测量:物体在不同的测量中“选择”了不同的状态。

玻尔的解释被广泛接受,时至今日仍被量子学界的许多人所认可。但最近,埃弗雷特的多世界理论受到了一些严肃的关注。下面,我们一起去了解多世界解释是怎样的。

多世界理论

年轻的休·埃弗雷特同意著名物理学家尼尔斯·玻尔关于量子世界的许多建议。他认同叠加的概念,也认同波函数的概念。但是,埃弗雷特却在一个至关重要的方面不同意玻尔的观点。

对埃弗雷特来说,测量一个量子物体并不会强迫它进入一种或另一种可理解的状态。相反,对一个量子物体所做的测量会导致宇宙的分裂。宇宙是完全复制的,为测量的每一个可能结果分裂成一个宇宙。例如,假设一个物体的波函数既是粒子又是波。当物理学家测量粒子时,有两种可能的结果:它要么被测量为粒子,要么被测量为波。这种区别,使得埃弗雷特的多世界理论成为量子力学哥本哈根解释的竞争者。

当物理学家测量物体时,宇宙分裂成两个不同的宇宙,以容纳每一个可能的结果。所以,一个宇宙的科学家发现这个物体是以波的形式被测量的。另一个宇宙中的同一个科学家把物体测量为一个粒子。这也解释了一个粒子如何能在多个状态下被测量。

尽管听起来令人不安,但埃弗雷特对多个世界的解释有着超出量子层面的含义。如果一个行为有不止一个可能的结果,那么(假设埃弗雷特的理论是正确的)当这个行为发生时,宇宙就会分裂。即使一个人选择不采取行动,这一点也是成立的。

这意味着,如果你曾经发现自己处于一种可能导致死亡的境地,那么在与我们平行的宇宙中,你其实已经死了。这种猜想仅仅是一些人认为多世界解释令人不安的原因之一。

多世界解释的另一个令人不安的方面是,它破坏了我们对线性时间的概念。想象一下,一条时间线显示了越南战争的历史。而不是一条直线,只显示值得注意的事件在向前发展。一条基于多世界解释的时间线,将显示每一项行动的每一个可能的结果。从那里,所采取行动的每一个可能的结果(作为最初结果的结果)将被进一步记录下来。

但是,一个人无法意识到他在平行宇宙中存在的其他自我,甚至他的死亡。那么,我们怎么知道多世界理论是否正确呢?上世纪90年代末,一个被称为“量子自杀”(quantum suicide) 思维实验(一个用于在理论上证明或反驳一个想法的想象实验)证实了这种解释在理论上是可行的。

这个思维实验重新激起了人们对埃弗雷特理论的兴趣,多年来埃弗雷特的理论一直被认为是垃圾。由于多世界解释被证明是可能的,物理学家和数学家们就致力于深入研究这一理论的含义。但是,多世界的解释并不是唯一试图解释宇宙的理论,也不是唯一一个表明存在与我们平行的宇宙的理论。

如果你还有兴趣,我们就在下文中一起去了解 “弦理论”。

平行宇宙:分裂还是弦?

多元世界理论和哥本哈根解释并不是唯一的竞争对手,尽管它们都试图解释宇宙的基本层次。事实上,就连量子力学也都不是物理学中寻找这种解释的唯一领域。从亚原子物理学研究中产生的理论仍然是理论。这使得研究领域的划分与心理学界的划分大致相同,也都存在着支持者和批评者。

自从他们的科学发展起来,物理学家们就一直致力于对宇宙进行逆向工程。他们研究他们所能观察到的东西,并朝着物理世界的越来越小的层次倒退。通过这样做,物理学家们正试图达到最后和最基本的水平。他们希望,正是这个层面,将成为理解其他一切的基础。

根据著名的相对论,阿尔伯特·爱因斯坦终其一生都在寻找能回答所有物理问题的最后一个层次。物理学家把这个幻影理论称为万有理论。量子物理学家相信他们正在寻找最终的理论。但是,另一个物理学领域认为量子能级不是最小的能级,因此它不能提供万物理论。

这些物理学家转而求助于一个叫做弦理论的理论亚量子层次,来寻找所有生命的答案。令人惊奇的是,通过他们的理论研究,这些物理学家,就像埃弗雷特一样,也得出了平行宇宙存在的结论。

弦理论是由日裔美国物理学家小谷聪 (Kaku)提出的。他的理论认为,宇宙中所有物质以及所有物理力的基本组成部分,比如引力,都存在于亚量子水平。这些构建块类似于组成夸克(量子粒子)的小橡皮筋(或者成为:弦),然后是电子、原子和细胞等等。弦产生了什么样的物质以及物质的行为取决于弦的振动。我们整个宇宙就是这样组成的。根据弦理论,这个组合发生在11个不同的维度上。

和多世界理论一样,弦理论证明了平行宇宙的存在。根据这个理论,我们的宇宙就像一个气泡,与类似的平行宇宙共存。与多世界理论不同,弦理论假设这些宇宙可以相互接触。弦理论认为引力可以在这些平行宇宙之间流动。当这些宇宙相互作用时,就会发生大爆炸,就像创造我们宇宙的大爆炸一样。

虽然物理学家们已经成功地创造出能够探测量子物质的机器,但亚量子弦尚未被观测到,这使得它们,以及它们赖以建立的理论完全是理论上的。尽管有些人认为这是正确的,但也有不少人对此表示怀疑。

那么平行宇宙真的存在吗?根据多世界理论,我们不能真正确定,因为我们不能意识到它们。弦理论至少已经被测试过一次,而结果是否定的。但Kaku博士仍然相信平行维度确实存在。

可惜,爱因斯坦活得不够久,看不到他对万有理论的追求被别人取代了。也许,如果多世界理论是正确的,爱因斯坦一定还活在一个平行的宇宙中。也许在那个宇宙中,物理学家们已经发现了万有理论。

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