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世界上有另一個你?平行宇宙不否認這種可能

2021-01-29編輯1科技日報10604

真的存在平行宇宙嗎?在其他的宇宙中,你也許正在睡覺,也許正感到快樂或悲傷,你可能是個富翁也可能是個窮鬼,甚至可能已經死掉了。

答案是“有這種可能?!逼叫杏钪媸且粋€頗有爭議的說法,但是在過去幾十年里,它收獲了越來越多的追隨者。

對量子疊加態的一種解釋

平行世界起源于微觀尺度下的物理學。二十世紀初,物理學家創造并發展了量子力學來理解微觀尺度下的世界。這個理論認為,微觀世界的現實很模糊。微觀粒子,如電子,不需要擁有特定的位置,它可以同時處于不同的位置。它們還可以同時擁有其他我們原本認為并不相容的性質。當粒子擁有這樣的性質時,物理學家就說它們處于不同狀態的疊加態。

實驗已經證明疊加態是真實存在的。即使是像足球烯(含有60個原子)一樣大的分子也可以同時處于不同的位置。

為什么我們看到的粒子只會處于特定的位置上?既然我們都是由粒子組成的,為什么我們只能處于特定的位置上?

量子力學自身并沒有給出這個問題的答案。一種可能是,量子力學并不是描述這個世界完善的理論。也許自然界遵循另一種運行機制,這種機制我們暫時還不理解。在微觀世界中,現實也許是模糊不清的,但是一旦涉及到宏觀物體,例如觀測者或者測量儀器,微觀物體就不再處于疊加態了。

另一個可能是,也許所有可能的測量結果都是真實存在的——例如測量一個粒子的位置時,世界分裂成不同的分支。在每一個分支里都有一個你,這個分支里的你測量到一個粒子處于某個位置。

1957年,物理學家休·埃弗雷特首次在他的博士論文中提出關于多世界的想法?!皵祵W告訴我們的是,當一個粒子處于A狀態和B狀態的疊加態,觀察者的測量讓自己進入觀察到粒子處于‘A狀態’和觀察到‘B狀態’的疊加態中?!迸=虼髮W物理哲學家大衛·華萊士解釋道。所以微觀的疊加變成了宏觀的疊加。

雖然數學不能決定測到A還是B,但它也沒有將兩者混合起來。描述體系所處狀態的數學表達式可以分為兩部分,每個部分描述的是一個世界,在這個世界中,實驗者正好看到了兩種可能性中的一種。

很多過程會導致世界分裂

物理學家的測量是唯一會引起世界分裂的手段嗎?當然不是。測量本質上是測量儀器與疊加態之間發生相互作用,其他的物理過程同樣可以和疊加態發生相互作用。例如,宇宙射線可以處于向各個方向傳播的疊加態上。如果沿著其中一個方向傳播的射線射向地球上的一塊晶體,那么射線的照射會在晶體上留下軌跡。晶體能有效地測量光線的位置。因為光線處于射向晶體和不射向晶體的疊加態上,晶體進入了留有痕跡和沒有痕跡的疊加態。

當沒有觀測者時,你可以認為世界從一開始就在進行分裂?!案鶕嗍澜缋碚摰恼f法,這從宇宙大爆炸時就已經開始了?!眲虼髮W的量子物理學家阿德里安·肯特說,“宇宙可能始于一個單一的量子態,但它很快就變成了對宇宙的許多不同描述的疊加。在這些分支中,地球會形成。而在其中一些分支中,地球不會形成。在地球形成的一些分支中,我們會進化,而在其他一些分支中,我們不會進化?!?

哪一個我才是真實的

但為什么我們從來沒有發現另外一個自己?為什么我們從來沒有看到像冰箱或人這樣的宏觀物體同時出現在多個地方?

埃弗雷特最初的設想并不能排除這種可能性。原則上,現實可能以我們未知的方式分裂,這樣觀測者就會看到一個電子并不處于特定的位置上。但埃弗雷特沒有考慮到外界的影響。當電子與外部環境發生相互作用,例如高速運動的光子或宇宙射線,“電子處于位置A”和“電子處于位置B”兩個狀態之間的干涉幾乎全部轉移到外部環境中并耗散掉。兩種狀態之間的干涉也變得無法察覺——觀測者在觀察電子時只能看到一個確定的結果。這個過程叫做退相干,它發生的速度非???。

由于人和冰箱一直與無數的粒子發生相互作用,退相干效應會將它們限制在某一個單一的軌跡上面:它們不會在某一時刻處于不同的位置上。

如果你研究的是微觀物體,比如電子,那么你就可以很好地將它與外界隔離開,從而觀察到疊加現象?!跋到y越大,就越難將其與外部環境隔離開。因此,越大的物體越難處于疊加態中?!比A萊士解釋道。

“在埃弗雷特看來,‘所有不同的分支’都是真實的?!笨咸卣f,“這些分支里有很多個‘你’,要問哪一個是真實的是沒有意義的,因為這些拷貝都是真實的。直到世界發生分裂之前,所有的拷貝都擁有相同的記憶。在很短一段時間后,拷貝之間會產生微小的差別,隨著時間的流逝,差別會越來越大?!?

多世界的觀點可能不符合常識,它依賴于現有的量子力學的數學。大家不相信多世界理論的原因主要分為兩個方面。有些人,包括肯特,不太相信退相干足以解釋世界被分為多個支,在每個分支里,世界就是他們看到的那樣。他們擔心,要讓退相干理論有效地描述現實需要引入額外的假設。

另一個問題是,數學為世界的不同分支引入了看起來像概率的東西。但是,如果所有的分支都是同樣真實的,那么說一個分支比另一個分支更具可能性是什么意思呢?(來源:微信公眾號“中科院物理所”)

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