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平行宇宙理論是什麽?

平行宇宙的概念不是因為時間旅行的悖論而提出來的,而是來源於量子力學,因為量子力學有壹個不確定性,就是量子不確定性。平行宇宙的概念得益於現代量子力學的科學發現。20世紀50年代,壹些物理學家觀測量子時,發現每次的量子態都不壹樣。由於宇宙中的所有物質都是由量子組成的,這些科學家推測,由於每個量子都有不同的狀態,宇宙可能由許多相似的宇宙組成,而不是只有壹個。

哥本哈根解釋

自20世紀20年代以來,許多物理學家認為在量子力學中,微觀粒子的狀態是由波函數描述的。當微觀粒子處於某種狀態時,其力學量(如坐標、動量、角動量、能量等。)壹般都有壹系列的可能值,每個可能值都以壹定的概率出現(當壹個宏觀物體處於某種狀態時,其力學量都有壹定的數值)。換句話說,微觀粒子的運動是不確定的,是概率性的。波函數可以描述微觀粒子在空間分布的概率。

物理學中著名的“單電子雙縫幹涉”實驗就是微觀粒子運動的不確定性和隨機性的體現。在這個實驗中,單個電子通過雙縫後實際上是幹涉的。根據經典力學,電子只能同時通過壹個狹縫,不可能同時通過兩個狹縫並發生幹涉。根據量子力學,電子的運動狀態是以波函數的形式存在的,電子可能同時穿過這個狹縫和那個狹縫並發生幹涉。然而,當科學家試圖通過儀器確定電子通過了哪個狹縫時,他們總是只能在其中壹個狹縫中找到電子。兩種儀器都不能同時探測到電子,電子壹次只能通過壹個狹縫。看來測量者的觀測行為改變了電子的運動狀態。這種異常現象的解釋是什麽?物理學家玻爾提出了著名的“哥本哈根解釋”:當人不在觀察時,電子在兩個狹縫位置都有存在的概率;但是壹旦測到電子,比如在左縫位置,電子有壹個準確的位置,它在這個點的概率是1,在其他點的概率是0。也就是說,電子的波函數在被測量的那壹刻就“坍縮”到了這壹點。

玻爾將觀察者及其意識引入量子力學,使之與微觀粒子的運動狀態聯系起來。然而,觀察者和“坍縮”的解釋並不十分清晰和令人信服,也受到了許多科學家的質疑。比如坍縮是怎麽發生的,是瞬間發生的,還是等到光子進入人的眼睛,在視網膜上激發出電脈沖信號?

多世界詮釋

那麽,有什麽辦法可以繞過所謂的“坍縮”和“觀察者”,把觀察者的主觀成分從應該研究客觀規律的物理學中剔除出去呢?

埃弗雷特提出了壹個大膽的想法:如果波函數不“坍縮”,它必須保持線性增加。也就是說,上述實驗中的電子即使重新觀察後,仍然處於左/右狹縫的疊加狀態。埃弗雷特進壹步指出,人的世界也是疊加的。當電子通過雙縫時,不僅電子而且整個世界都處於疊加狀態。也就是說,當電子通過雙縫時,出現了兩個疊加的世界。在壹個世界中,電子通過左邊的狹縫,而在另壹個世界中,電子通過右邊的狹縫。這樣壹來,波函數就不需要“坍縮”來隨機選擇左或右,因為它顯示的是兩個世界的疊加:生活在壹個世界的人發現電子通過左邊的狹縫,而在另壹個世界,人們觀察到的電子在右邊。在薛定諤的貓的例子中,埃弗雷特指出兩只貓都是真實的。有壹只活貓和壹只死貓,但他們在不同的世界。問題不在於盒子裏的放射性原子是否衰變,而在於它是否衰變。當觀察者往盒子裏看時,整個世界分裂成兩個版本。這兩個版本在所有其他方面都是壹樣的。唯壹不同的是,在壹個版本中,原子衰變,貓死亡;在另壹個版本中,原子沒有衰變,貓還活著。前面提到的“原子衰變,貓死了;原子沒有衰變,貓還活著。”這兩個世界會完全獨立平行進化,就像兩個平行世界壹樣。量子過程創造了“兩個世界”,這是埃弗雷特前衛的“多世界解釋”。

這個解釋的好處是薛定諤方程永遠成立,波函數永遠不會坍縮,簡化了基礎理論。它的問題是想法太離奇,付出的代價是這些平行世界都同樣真實。難怪有人說,“在科學史上,多世界解釋無疑是目前提出的最大膽、最有野心的理論。”