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      深度長(zhǎng)文:平行宇宙,那里有另外一個(gè)你?

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      當(dāng)我們?cè)诳苹秒娪爸锌吹健傲硪粋€(gè)自己”在平行世界里過(guò)著截然不同的人生時(shí),大多會(huì)將其當(dāng)作編劇的奇思妙想。



      但很少有人知道,平行宇宙并非科幻創(chuàng)作的產(chǎn)物,而是物理學(xué)家們基于觀測(cè)事實(shí)、宇宙學(xué)理論和量子力學(xué)規(guī)律,經(jīng)過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)推理得出的科學(xué)猜想。

      宇宙的浩瀚遠(yuǎn)超人類的想象,而人類對(duì)宇宙的認(rèn)知,始終在觀測(cè)技術(shù)的進(jìn)步和理論的迭代中不斷深化。

      從哥白尼提出“日心說(shuō)”打破地球中心論,到哈勃發(fā)現(xiàn)星系退行證明宇宙在膨脹;從愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論揭示時(shí)空的彎曲本質(zhì),到量子力學(xué)展現(xiàn)微觀世界的詭異規(guī)律,每一次突破都讓我們意識(shí)到,宇宙的復(fù)雜程度遠(yuǎn)超我們此前的認(rèn)知。

      平行宇宙理論,正是在這些前沿理論的基礎(chǔ)上,逐步發(fā)展出的一系列科學(xué)假說(shuō)。

      本文將避開(kāi)晦澀的數(shù)學(xué)公式,用通俗的語(yǔ)言、貼切的類比,為大家詳細(xì)解析四種最具代表性的平行宇宙理論,帶大家走進(jìn)這個(gè)看似詭異卻充滿科學(xué)魅力的領(lǐng)域,感受人類智慧對(duì)宇宙終極奧秘的探索與追問(wèn)。

      一、視界平行宇宙:最易理解的“宇宙孤島”

      在所有平行宇宙理論中,視界平行宇宙是最簡(jiǎn)單、最易被普通人理解的一種,它的核心邏輯源于宇宙的兩個(gè)基本特性:光速的有限性和宇宙的膨脹性。

      要理解這種平行宇宙,我們首先要回答一個(gè)看似簡(jiǎn)單的問(wèn)題:站在地球上仰望星空的我們,能夠觀測(cè)到整個(gè)宇宙嗎?

      答案顯然是否定的。

      這并非因?yàn)槲覀兊奶煳膬x器不夠先進(jìn)——即便未來(lái)人類造出能觀測(cè)到宇宙最邊緣的望遠(yuǎn)鏡,也依然無(wú)法觀測(cè)到整個(gè)宇宙;也不是因?yàn)槲覀冇^測(cè)的時(shí)間不夠長(zhǎng)——哪怕從人類誕生之初就開(kāi)始觀測(cè),結(jié)果也不會(huì)改變。

      這一切,都是由宇宙的本質(zhì)特性決定的。



      首先,光的傳播速度是有限的,這是愛(ài)因斯坦相對(duì)論的核心結(jié)論之一。光在真空中的傳播速度約為30萬(wàn)公里/秒,雖然這個(gè)速度在人類視角下已經(jīng)快得不可思議,但在宇宙的尺度上,卻顯得十分緩慢。而我們所處的宇宙,年齡約為為138億年,這意味著,無(wú)論我們使用多么先進(jìn)的儀器,能夠觀測(cè)到的宇宙范圍,都只能是光在138億年里能夠到達(dá)地球的區(qū)域——換句話說(shuō),我們能觀測(cè)到的最遠(yuǎn)距離,理論上是138億光年(1光年即光在一年內(nèi)傳播的距離,約為9.46萬(wàn)億公里)。

      但這里有一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題:宇宙并不是靜止的,而是在不斷膨脹。這個(gè)結(jié)論源于哈勃在1929年的重大發(fā)現(xiàn):他通過(guò)觀測(cè)遙遠(yuǎn)星系的光譜,發(fā)現(xiàn)幾乎所有星系都在遠(yuǎn)離我們,且距離我們?cè)竭h(yuǎn)的星系,退行速度越快,這就是著名的“哈勃定律”,也直接證明了宇宙膨脹的事實(shí)。



      由于宇宙在持續(xù)膨脹,當(dāng)一束來(lái)自遙遠(yuǎn)天體的光向地球傳播時(shí),發(fā)出這束光的天體也在不斷遠(yuǎn)離我們。也就是說(shuō),這束光需要花費(fèi)138億年的時(shí)間才能到達(dá)地球,而在這138億年里,發(fā)射這束光的天體已經(jīng)因?yàn)橛钪媾蛎洠嚯x我們更遠(yuǎn)了。考慮到宇宙膨脹的因素,科學(xué)家們通過(guò)精確計(jì)算,將我們能夠觀測(cè)到的最遠(yuǎn)距離調(diào)整為約465億光年。

      以地球?yàn)橹行模?65億光年為半徑畫(huà)一個(gè)球面,這個(gè)球面就被稱為“宇宙視界”。

      這個(gè)視界就像是我們觀察宇宙的“視野邊界”:視界之內(nèi),是我們能夠觀測(cè)、能夠影響的宇宙區(qū)域;而視界之外,是我們永遠(yuǎn)無(wú)法觀測(cè)到的宇宙區(qū)域——因?yàn)槟抢锏墓猓€來(lái)不及到達(dá)地球,就已經(jīng)被宇宙膨脹帶得越來(lái)越遠(yuǎn)。

      更重要的是,根據(jù)相對(duì)論,任何物體的運(yùn)動(dòng)速度和信息傳遞速度都不能超過(guò)光速。

      這意味著,對(duì)于視界之外的宇宙區(qū)域,我們不僅無(wú)法觀測(cè),也無(wú)法對(duì)其施加任何影響;同樣,視界之外的宇宙區(qū)域,也無(wú)法對(duì)我們所處的區(qū)域產(chǎn)生任何影響。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō),視界之外的宇宙,與我們所處的宇宙,就是兩個(gè)完全相互獨(dú)立、互不干涉的“宇宙孤島”——這就是視界平行宇宙的核心內(nèi)涵。

      講到這里,很多人可能會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)邏輯漏洞:我們剛剛強(qiáng)調(diào),任何物體的運(yùn)動(dòng)速度都不能超過(guò)光速,但前面又說(shuō),發(fā)射光的天體在138億年里,距離我們達(dá)到了465億光年,這計(jì)算下來(lái),天體的退行速度明顯超過(guò)了光速,這不是自相矛盾嗎?



      這里需要明確一個(gè)關(guān)鍵區(qū)別:我們所說(shuō)的“物體速度不能超過(guò)光速”,指的是物體在空間中的運(yùn)動(dòng)速度;而天體之所以能“遠(yuǎn)離”我們到465億光年的距離,并不是因?yàn)樘祗w本身在空間中以超光速運(yùn)動(dòng),而是因?yàn)榭臻g本身在膨脹。這是一個(gè)非常容易被誤解的概念,我們可以通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的類比來(lái)理解。

      想象一個(gè)不斷膨脹的氣球,在氣球的東西兩端,各生活著一小群螞蟻。這兩群螞蟻都趴在氣球表面,它們認(rèn)為自己一直呆在原地沒(méi)有動(dòng),但隨著氣球的不斷膨脹,它們之間的距離卻在不斷增大。這種距離的增大,并不是因?yàn)槲浵佋跉馇虮砻媾佬校且驗(yàn)闅馇虮旧碓谂蛎洠瑤е浵佉黄稹斑h(yuǎn)離”彼此。

      現(xiàn)在,住在東邊的螞蟻想要探索氣球上是否還有其他同類,于是派出了一只爬得最快的螞蟻(我們稱之為“博爾特”),一路向西爬行。

      在這個(gè)氣球上,任何物體的移動(dòng)速度都無(wú)法超過(guò)博爾特的爬行速度,就像宇宙中任何物體的速度都無(wú)法超過(guò)光速一樣。

      那么,博爾特能到達(dá)氣球的另一端,找到西邊的螞蟻嗎?

      答案是不能。

      雖然博爾特一刻不停地以最快速度爬行,但由于氣球膨脹的速度已經(jīng)超過(guò)了它的爬行速度,它與西邊螞蟻之間的距離,不僅沒(méi)有縮小,反而越來(lái)越大。

      也就是說(shuō),博爾特永遠(yuǎn)也無(wú)法到達(dá)氣球的另一端,永遠(yuǎn)也不知道西邊還有另一群螞蟻的存在。對(duì)于博爾特來(lái)說(shuō),西邊的螞蟻所處的區(qū)域,就是它的“視界之外”;而這兩群螞蟻所處的區(qū)域,就相當(dāng)于兩個(gè)相互獨(dú)立的平行宇宙。



      現(xiàn)在,我們把這個(gè)類比放大:想象一個(gè)無(wú)限大的氣球,上面生活著無(wú)數(shù)群螞蟻,每一群螞蟻都位于其他螞蟻的視界之外。那么,每一群螞蟻所處的區(qū)域,都是一個(gè)獨(dú)立的“宇宙”,這些“宇宙”相互獨(dú)立、互不干涉,共同構(gòu)成了無(wú)數(shù)個(gè)視界平行宇宙。

      我們?nèi)祟惖奶幘常秃蜌馇蛏系奈浵佉荒R粯印N覀兩钤谝粋€(gè)半徑為465億光年的球形宇宙區(qū)域內(nèi),這個(gè)區(qū)域就是我們的宇宙視界。在這個(gè)視界之外,還有無(wú)數(shù)個(gè)類似的球形宇宙區(qū)域,每一個(gè)區(qū)域都是一個(gè)獨(dú)立的視界平行宇宙。我們無(wú)法知道,在這些平行宇宙中,是否也有像地球一樣的行星,是否也有像人類一樣的智慧生命。

      關(guān)于宇宙視界,還有兩個(gè)重要的補(bǔ)充說(shuō)明,能幫助我們更全面地理解視界平行宇宙:

      第一,宇宙視界是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的概念,并不是固定不變的。比如,再過(guò)5億年,當(dāng)宇宙的年齡達(dá)到143億年時(shí),我們的宇宙視界也會(huì)隨之?dāng)U大——因?yàn)楣庥侄鄠鞑チ?億年,我們能夠觀測(cè)到的“空間區(qū)域”也會(huì)變得更大。但需要注意的是,這種擴(kuò)大的速度,遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上宇宙膨脹的速度。

      第二,目前的觀測(cè)表明,從大約70億年前開(kāi)始,我們宇宙的膨脹速度就一直在加速。這一現(xiàn)象的背后,是一種神秘的“暗能量”在推動(dòng)——暗能量是一種充滿整個(gè)宇宙的、具有排斥力的能量,它的存在導(dǎo)致宇宙膨脹速度不斷加快。這樣一來(lái),雖然我們的宇宙視界“空間區(qū)域”會(huì)逐漸增大,但由于其他星系在不斷加速遠(yuǎn)離我們,在若干億年后,一些目前還在我們宇宙視界內(nèi)的星系,反而會(huì)因?yàn)橛钪婕铀倥蛎洠顺鑫覀兊挠钪嬉暯纾M(jìn)入到一個(gè)我們永遠(yuǎn)也無(wú)法觀測(cè)到的區(qū)域。

      很多人關(guān)心的一個(gè)問(wèn)題是:在視界平行宇宙中,是否有另一個(gè)“自己”,正在過(guò)著截然不同的人生?答案是:如果我們的宇宙是無(wú)限大的,那么這種可能性就會(huì)存在。

      假設(shè)宇宙是無(wú)限大的,那么就會(huì)存在無(wú)數(shù)個(gè)視界平行宇宙。

      而每個(gè)平行宇宙中的粒子數(shù)量是有限的——根據(jù)量子力學(xué)的規(guī)律,粒子的排列方式也是有限的(只要我們給觀測(cè)精度設(shè)定一個(gè)上限)。雖然這個(gè)排列方式的數(shù)量非常龐大,大到人類無(wú)法想象,但它畢竟是有限的。

      就像我們只有四種顏色的襪子,要放進(jìn)五個(gè)抽屜里,那么必然會(huì)有兩個(gè)抽屜里的襪子顏色是相同的;同樣,將有限的粒子排列方式,放入無(wú)限多的平行宇宙中,必然會(huì)有一些平行宇宙的粒子排列方式和我們所處的宇宙完全一樣。

      在這些與我們宇宙完全相同的平行宇宙中,就會(huì)有一個(gè)和我們一模一樣的“自己”。



      他們會(huì)做我們做過(guò)的每一件事,也會(huì)做我們沒(méi)有做過(guò)的事:一個(gè)平行宇宙中的“你”,可能已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了夢(mèng)想,迎娶了心中的摯愛(ài);一個(gè)平行宇宙中的“你”,可能成為了科學(xué)家,破解了宇宙的奧秘;還有一個(gè)平行宇宙中的“你”,可能做出了截然不同的選擇,走上了一條完全不同的人生道路——甚至發(fā)動(dòng)了世界核戰(zhàn)。

      但需要強(qiáng)調(diào)的是,這些平行宇宙與我們所處的宇宙是完全獨(dú)立、互不干涉的。無(wú)論另一個(gè)“你”過(guò)著怎樣的人生,都與我們沒(méi)有任何關(guān)系——這也是“平行宇宙”之所以“平行”的核心所在。

      二、暴脹平行宇宙:視界平行宇宙的“升級(jí)版”

      如果說(shuō)視界平行宇宙是基于宇宙的光速有限性和膨脹性推導(dǎo)得出的,那么暴脹平行宇宙則是在視界平行宇宙的基礎(chǔ)上,結(jié)合宇宙大爆炸理論的漏洞,提出的一種更完善、更具說(shuō)服力的平行宇宙假說(shuō)。

      它可以看作是視界平行宇宙的“升級(jí)版”,不僅解釋了視界平行宇宙的存在,還解決了宇宙大爆炸理論中一個(gè)長(zhǎng)期無(wú)法解決的難題——視界問(wèn)題。

      要理解暴脹平行宇宙,我們首先要回顧一下宇宙大爆炸理論的核心內(nèi)容。



      宇宙大爆炸理論認(rèn)為,我們的宇宙起源于一個(gè)密度無(wú)限大、體積無(wú)限小的“奇點(diǎn)”,大約在138.2億年前,這個(gè)奇點(diǎn)發(fā)生了劇烈的爆炸,物質(zhì)和能量被瞬間釋放出來(lái),宇宙開(kāi)始不斷膨脹、冷卻,最終形成了我們今天看到的宇宙。

      1964年,美國(guó)科學(xué)家彭齊亞斯和威爾遜在調(diào)試射電望遠(yuǎn)鏡時(shí),意外發(fā)現(xiàn)了一種無(wú)處不在的微波輻射——這種輻射來(lái)自宇宙的各個(gè)方向,溫度均勻,強(qiáng)度微弱,被稱為“宇宙微波背景輻射”。



      這種微波輻射,是宇宙大爆炸后殘留下來(lái)的“余熱”,就像一杯熱水冷卻后殘留的溫度一樣,它的發(fā)現(xiàn),成為了支持宇宙大爆炸理論的最有力證據(jù)之一,彭齊亞斯和威爾遜也因此獲得了1978年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

      但當(dāng)科學(xué)家們對(duì)宇宙微波背景輻射的溫度進(jìn)行精確測(cè)量時(shí),一個(gè)奇怪的現(xiàn)象出現(xiàn)了:無(wú)論我們測(cè)量宇宙中哪個(gè)方向的微波輻射,它們的溫度都幾乎完全相同,精確到小數(shù)點(diǎn)后四位(約為2.725K,即零下270.425攝氏度)。這個(gè)現(xiàn)象看似平常,實(shí)則蘊(yùn)含著一個(gè)巨大的矛盾——這就是我們前面提到的“視界問(wèn)題”。

      我們可以做一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算:站在地球上,我們左邊138億光年的地方有一個(gè)地點(diǎn)A,右邊138億光年的地方有一個(gè)地點(diǎn)B。那么,地點(diǎn)A和地點(diǎn)B之間的距離,就是276億光年。而我們的宇宙年齡只有138億年,這意味著,一束光從地點(diǎn)A傳播到地點(diǎn)B,需要花費(fèi)276億年的時(shí)間——這比宇宙的年齡還要長(zhǎng)。

      也就是說(shuō),地點(diǎn)A和地點(diǎn)B之間,從來(lái)沒(méi)有過(guò)任何信息交流,也沒(méi)有任何相互影響的可能。

      那么問(wèn)題來(lái)了:兩個(gè)從未有過(guò)任何交流、互不影響的區(qū)域,為什么會(huì)有著完全相同的微波輻射溫度?如果僅僅是地點(diǎn)A和地點(diǎn)B的溫度相同,或許還可以用“巧合”來(lái)解釋,但宇宙中無(wú)數(shù)個(gè)這樣的區(qū)域,溫度都一模一樣,這就無(wú)法用巧合來(lái)解釋了。

      我們可以用一個(gè)通俗的類比來(lái)理解這個(gè)矛盾:想象一棟有100個(gè)房間的大樓,每個(gè)房間里都放著一杯咖啡。當(dāng)你走進(jìn)每一個(gè)房間,測(cè)量咖啡的溫度時(shí),發(fā)現(xiàn)所有咖啡的溫度都完全相同——這顯然不能用巧合來(lái)解釋。

      你唯一合理的推測(cè)是:這些咖啡曾經(jīng)都在同一個(gè)咖啡壺里,被充分?jǐn)嚢杈鶆颉囟茸兊靡恢潞螅疟环謩e倒入100個(gè)咖啡杯里,然后被端到了不同的房間。

      這個(gè)類比放到宇宙中,就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)疑問(wèn):宇宙大爆炸理論不是本來(lái)就假設(shè),宇宙誕生之初,所有的物質(zhì)和能量都擠在一個(gè)狹小的奇點(diǎn)里嗎?這個(gè)奇點(diǎn),不就相當(dāng)于那個(gè)“咖啡壺”嗎?既然如此,為什么宇宙中不同區(qū)域的微波輻射溫度會(huì)如此均勻?

      問(wèn)題的關(guān)鍵在于:“攪拌”需要時(shí)間。

      就像咖啡需要在咖啡壺里攪拌一段時(shí)間,溫度才能變得均勻一樣,宇宙誕生之初的物質(zhì)和能量,也需要一段時(shí)間來(lái)“混合”,才能達(dá)到熱平衡,讓各個(gè)區(qū)域的溫度變得一致。

      但在標(biāo)準(zhǔn)的宇宙大爆炸理論中,宇宙誕生后,物質(zhì)和能量被瞬間拋射出去,膨脹速度極快,根本沒(méi)有足夠的時(shí)間來(lái)完成“攪拌”和熱平衡——這就是視界問(wèn)題的核心,也是標(biāo)準(zhǔn)宇宙大爆炸理論的一個(gè)重大漏洞。

      為了填補(bǔ)這個(gè)漏洞,1980年,美國(guó)物理學(xué)家艾倫·古斯提出了“暴脹宇宙理論”,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的宇宙大爆炸理論進(jìn)行了修正。



      這個(gè)理論的核心觀點(diǎn)是:宇宙在大爆炸之后,并沒(méi)有立刻開(kāi)始快速膨脹,而是先在一個(gè)極小的空間里,讓物質(zhì)和能量充分“攪拌”均勻,達(dá)到熱平衡后,才開(kāi)始了一次極其劇烈的膨脹——這次膨脹,就是“暴脹”。

      根據(jù)暴脹理論的計(jì)算,暴脹發(fā)生在宇宙大爆炸后的10的-35次方秒(即小數(shù)點(diǎn)后有35個(gè)零,再加上1秒),持續(xù)的時(shí)間非常短暫,大約只有10的-31次方秒,但膨脹的速度卻快得驚人:在這短短的一瞬間,宇宙的體積膨脹了10的26次方倍——也就是說(shuō),宇宙的大小在一瞬間擴(kuò)大了1萬(wàn)億億億倍。這樣的膨脹速度,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了光速,也正是因?yàn)槿绱耍@種理論才被命名為“暴脹”宇宙理論。



      在經(jīng)歷了這次劇烈的暴脹之后,宇宙的膨脹速度突然放緩,開(kāi)始以一個(gè)相對(duì)“緩慢”的速度持續(xù)膨脹,直到今天——我們現(xiàn)在觀測(cè)到的宇宙膨脹,就是暴脹之后的“緩慢膨脹”階段。

      用一個(gè)通俗的比喻來(lái)說(shuō),宇宙就像是一位耐心的公交車司機(jī):在開(kāi)車前,他會(huì)先等所有乘客上車,確認(rèn)大家都坐好、溫度都一致、一切準(zhǔn)備就緒后,才會(huì)發(fā)動(dòng)汽車,快速出發(fā)。當(dāng)然,這只是一個(gè)比喻,宇宙并不是公交車,它的暴脹和膨脹,都是由物理規(guī)律決定的,而非“人為控制”。

      那么,是什么導(dǎo)致了宇宙的暴脹?又是什么讓暴脹突然停止?這是暴脹理論必須回答的兩個(gè)核心問(wèn)題。

      為了解釋暴脹的產(chǎn)生機(jī)制,科學(xué)家們提出了“暴脹場(chǎng)”的概念——暴脹場(chǎng)是一種存在于宇宙誕生之初的、充滿整個(gè)空間的能量場(chǎng),它可以產(chǎn)生一種強(qiáng)大的排斥力,這種排斥力能夠克服引力的作用,推動(dòng)整個(gè)宇宙快速膨脹。并且,隨著宇宙空間的不斷擴(kuò)大,暴脹場(chǎng)還會(huì)進(jìn)一步產(chǎn)生更大的排斥力,讓膨脹速度越來(lái)越快。

      可能有人會(huì)問(wèn):暴脹場(chǎng)為什么會(huì)有這樣的性質(zhì)?

      其實(shí),暴脹場(chǎng)本身就是科學(xué)家們?yōu)榱私忉尡┟洭F(xiàn)象而提出的一個(gè)理論假設(shè)——科學(xué)的本質(zhì),就是不斷提出假設(shè)、然后通過(guò)觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證假設(shè)的過(guò)程。目前,暴脹場(chǎng)的存在還沒(méi)有被直接觀測(cè)到,但它所預(yù)言的一些現(xiàn)象,比如宇宙微波背景輻射的各向同性、宇宙的平坦性等,都已經(jīng)被觀測(cè)所證實(shí),這也間接證明了暴脹理論的合理性。

      相比暴脹的產(chǎn)生機(jī)制,“暴脹為什么會(huì)停止”這個(gè)問(wèn)題,更加難以回答。

      很多質(zhì)疑暴脹理論的科學(xué)家,都把這個(gè)問(wèn)題當(dāng)作反駁暴脹理論的核心論據(jù)——就像《秋菊打官司》中的女主人公一樣,執(zhí)著地要求“給一個(gè)說(shuō)法”。

      針對(duì)這個(gè)問(wèn)題,科學(xué)家們提出了一個(gè)大膽的假說(shuō)——“永恒暴脹理論”。

      這個(gè)理論認(rèn)為:宇宙的暴脹從來(lái)就沒(méi)有停止過(guò),也永遠(yuǎn)不會(huì)停止。我們現(xiàn)在所處的宇宙區(qū)域,只不過(guò)是暴脹偶然停止的一小塊區(qū)域而已;在我們看不到的地方,宇宙仍然在一刻不停地、劇烈地暴脹著。

      我們可以用一個(gè)貼近生活的類比來(lái)理解永恒暴脹理論:想象你正在給手機(jī)貼膜。

      在正常情況下,手機(jī)膜應(yīng)該和屏幕緊密貼合在一起,但偶然情況下,手機(jī)膜和屏幕之間會(huì)出現(xiàn)一個(gè)小氣泡——這個(gè)小氣泡的出現(xiàn),是由一些小概率事件引起的,比如手機(jī)膜上有灰塵、貼膜時(shí)用力不均勻等。現(xiàn)在,想象你在給一個(gè)無(wú)限大的手機(jī)貼膜,盡管你非常小心,但由于手機(jī)無(wú)限大,手機(jī)膜和屏幕之間,必然會(huì)出現(xiàn)無(wú)數(shù)個(gè)這樣的小氣泡。



      在永恒暴脹理論中,持續(xù)不斷暴脹的宇宙,就相當(dāng)于這個(gè)無(wú)限大的手機(jī)屏幕;而暴脹偶然停止的區(qū)域,就相當(dāng)于手機(jī)膜和屏幕之間的小氣泡。這些“小氣泡”被稱為“口袋宇宙”,每一個(gè)口袋宇宙,都是一個(gè)獨(dú)立的宇宙區(qū)域——在這些口袋宇宙中,暴脹場(chǎng)的能量轉(zhuǎn)化成了基本粒子,基本粒子又相互結(jié)合,形成了原子、分子、星系、行星,甚至是智慧生命。我們?nèi)祟悾蜕钤谄渲幸粋€(gè)口袋宇宙里。

      在我們的口袋宇宙和其他口袋宇宙之間,是永遠(yuǎn)處于暴脹狀態(tài)的宇宙空間——由于暴脹的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)光速,我們永遠(yuǎn)無(wú)法到達(dá)其他的口袋宇宙,也無(wú)法觀測(cè)到它們的存在。而且,在持續(xù)暴脹的宇宙空間中,每一秒鐘都有新的口袋宇宙被隨機(jī)地創(chuàng)造出來(lái),就像手機(jī)膜上不斷出現(xiàn)新的小氣泡一樣。

      這就是暴脹平行宇宙的核心圖景:無(wú)數(shù)個(gè)口袋宇宙,分布在持續(xù)暴脹的宇宙空間中,每個(gè)口袋宇宙都是一個(gè)獨(dú)立的平行宇宙,它們相互獨(dú)立、互不干涉,共同構(gòu)成了多元宇宙的整體。與視界平行宇宙相比,暴脹平行宇宙不僅解釋了“為什么宇宙各區(qū)域溫度均勻”,還進(jìn)一步拓展了平行宇宙的范圍,讓我們對(duì)宇宙的浩瀚有了更深刻的認(rèn)知。

      三、弦論相關(guān)平行宇宙:詭異的“膜宇宙”圖景

      前面我們介紹的視界平行宇宙和暴脹平行宇宙,都基于宇宙學(xué)和相對(duì)論的基礎(chǔ),雖然有些概念難以理解,但通過(guò)通俗的類比,普通人依然能夠領(lǐng)會(huì)其核心邏輯。但接下來(lái)要介紹的平行宇宙理論,卻與弦論深度綁定,其詭異程度遠(yuǎn)超前兩種,甚至連很多非弦論領(lǐng)域的物理學(xué)家,都難以完全理解——這就是弦論相關(guān)的平行宇宙理論。

      首先,我們需要簡(jiǎn)單了解一下弦論的基本背景。



      弦論是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的一種前沿物理理論,它的核心目的,是將量子力學(xué)和廣義相對(duì)論統(tǒng)一起來(lái),解決兩者之間的矛盾,從而建立一個(gè)“萬(wàn)物理論”——也就是能夠解釋宇宙中所有物理現(xiàn)象的理論。

      在經(jīng)典物理學(xué)中,我們認(rèn)為宇宙是由基本粒子(比如電子、質(zhì)子、中子等)構(gòu)成的,這些基本粒子是不可再分的“最小單元”。

      但弦論卻提出了一個(gè)截然不同的觀點(diǎn):宇宙中的所有基本粒子,都不是點(diǎn)狀的,而是由一根極其微小的“弦”構(gòu)成的。這根弦的長(zhǎng)度非常短,大約是10的-33次方厘米(比質(zhì)子還要小萬(wàn)億億倍),我們無(wú)法用現(xiàn)有的觀測(cè)儀器直接觀測(cè)到它。



      這些弦可以進(jìn)行不同方式的振動(dòng),就像琴弦可以發(fā)出不同的聲音一樣——弦的不同振動(dòng)模式,對(duì)應(yīng)著不同的基本粒子,比如電子、質(zhì)子、中子等,都是弦的不同振動(dòng)狀態(tài)。

      除了弦之外,弦論中還存在著“膜”的概念——這里的“膜”,并不是我們?nèi)粘I钪锌吹降谋∧ぃ且环N多維的空間結(jié)構(gòu),從1維膜、2維膜,一直到9維膜,它們存在于更高維度的時(shí)空中。

      弦論最令人詭異的一點(diǎn),是它要求宇宙時(shí)空必須是10維的——其中3維是我們能夠感知到的空間維度(長(zhǎng)、寬、高),1維是時(shí)間維度,剩下的6維空間維度,則是卷曲在極其微小的尺度上(大約10的-33次方厘米),我們無(wú)法直接感知到它們的存在。

      這6維卷曲空間的形狀非常復(fù)雜,被稱為“卡拉比-丘流形”,它們的不同形狀和卷曲方式,會(huì)影響弦的振動(dòng)模式,從而影響我們宇宙的物理常數(shù)(比如光速、引力常數(shù)等)。



      由于弦論的數(shù)學(xué)推導(dǎo)極其復(fù)雜,涉及到大量的高維幾何和量子力學(xué)知識(shí),即便是專業(yè)的物理學(xué)家,也需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力才能掌握。因此,對(duì)于弦論相關(guān)的平行宇宙理論,我們無(wú)法像前面兩種理論那樣,進(jìn)行詳細(xì)的邏輯推導(dǎo),只能對(duì)其核心觀點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單的描述,避免誤導(dǎo)大家。

      在弦論的不同版本中,有幾種不同的平行宇宙假說(shuō),其中最具代表性的,是“膜平行宇宙”。這種理論認(rèn)為,我們?nèi)祟惿钤谝粋€(gè)3維膜(也稱為“3-膜”)上,這個(gè)3維膜就像是一張“宇宙薄片”,存在于更高維度的時(shí)空中。

      在這個(gè)更高維度的時(shí)空中,還存在著許許多多其他的3維膜,它們就像一層層摞起來(lái)的餅干,與我們所在的3維膜平行排列。



      每一個(gè)3維膜,都是一個(gè)獨(dú)立的宇宙——也就是說(shuō),每一個(gè)3維膜上,都可能存在著自己的星系、行星,甚至是智慧生命。這些3維膜之間的距離非常近,可能只有一毫米,但由于我們所處的3維膜的限制,我們無(wú)法感知到其他3維膜的存在。

      為什么我們無(wú)法進(jìn)入其他的3維膜(也就是其他的平行宇宙)呢?

      根據(jù)弦論的計(jì)算,宇宙中的所有基本粒子(電子、質(zhì)子、中子等),都是由弦構(gòu)成的,而這些弦被“束縛”在我們所在的3維膜上,無(wú)法脫離3維膜進(jìn)入更高維度的空間,也無(wú)法到達(dá)其他的3維膜。只有一種力是例外——引力。

      弦論認(rèn)為,引力是由一種特殊的弦(稱為“引力子”)傳遞的,這種弦并沒(méi)有被束縛在3維膜上,而是可以自由地在更高維度的時(shí)空中傳播,能夠到達(dá)其他的3維膜。

      這也就意味著,不同的3維膜(平行宇宙)之間,唯一的相互作用就是引力——我們所在的宇宙,可能正在受到其他平行宇宙的引力影響,只是這種影響非常微弱,我們目前還無(wú)法觀測(cè)到。

      除了膜平行宇宙之外,弦論還提出了其他幾種平行宇宙假說(shuō),比如“景觀平行宇宙”。



      這種理論認(rèn)為,宇宙的6維卷曲空間(卡拉比-丘流形)有無(wú)數(shù)種不同的卷曲方式,每一種卷曲方式,都會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)不同的宇宙——這些宇宙有著不同的物理常數(shù)、不同的物理規(guī)律,甚至可能有著不同的維度數(shù)量。無(wú)數(shù)種不同的卷曲方式,就構(gòu)成了無(wú)數(shù)個(gè)平行宇宙,形成了一個(gè)“宇宙景觀”。

      需要強(qiáng)調(diào)的是,弦論相關(guān)的平行宇宙理論,目前還處于假說(shuō)階段,并沒(méi)有被觀測(cè)所證實(shí)。

      弦論本身也還沒(méi)有成為一個(gè)被廣泛接受的“萬(wàn)物理論”,它依然存在著許多未解決的問(wèn)題。但不可否認(rèn)的是,弦論為我們提供了一個(gè)全新的視角,讓我們意識(shí)到,宇宙可能比我們想象的更加復(fù)雜、更加浩瀚——平行宇宙的存在,或許就是弦論揭示的宇宙終極奧秘之一。

      四、量子平行宇宙:與“薛定諤的貓”共生的詭異世界

      如果說(shuō)弦論相關(guān)的平行宇宙理論是“晦澀難懂”,那么量子平行宇宙理論就是“詭異離奇”。

      它源于量子力學(xué)的基本規(guī)律,與我們?nèi)粘I畹闹庇X(jué)完全相悖,而這一切的起點(diǎn),就是一個(gè)看似簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)——光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn),以及一只讓無(wú)數(shù)人困惑不已的貓——薛定諤的貓。

      要理解量子平行宇宙,我們首先要從量子力學(xué)的核心特點(diǎn)說(shuō)起:量子世界的“不確定性”。在經(jīng)典物理學(xué)中,任何物體的運(yùn)動(dòng)都有確定的軌跡,比如炮彈的飛行彈道、行星的運(yùn)行軌道,我們都可以通過(guò)公式精確計(jì)算出來(lái)。

      但在量子世界中,微觀粒子(比如電子、光子)的運(yùn)動(dòng)卻沒(méi)有確定的軌跡,我們無(wú)法提前預(yù)測(cè)它們會(huì)出現(xiàn)在哪里,只能用概率來(lái)描述它們的位置——這就是量子力學(xué)的“不確定性原理”。

      而這一原理的直接體現(xiàn),就是光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。



      這個(gè)實(shí)驗(yàn)非常簡(jiǎn)單,在家中就能大致完成:準(zhǔn)備一個(gè)點(diǎn)光源(比如蠟燭)、一張開(kāi)有兩條狹縫的紙板、一張背景板,將點(diǎn)光源放在紙板的一側(cè),背景板放在紙板的另一側(cè),讓光通過(guò)兩條狹縫投射到背景板上。你會(huì)發(fā)現(xiàn),背景板上出現(xiàn)的并不是兩條簡(jiǎn)單的光帶,而是許多明暗相間的條紋——這就是“干涉條紋”。

      這種干涉條紋的出現(xiàn),證明了光是一種波。當(dāng)光通過(guò)兩條狹縫后,會(huì)在兩條狹縫的出口處形成兩條新的波,這兩條波在傳播過(guò)程中會(huì)相互作用:當(dāng)兩條波的波峰相遇時(shí),波的強(qiáng)度會(huì)疊加,形成亮條紋;當(dāng)一條波的波峰與另一條波的波谷相遇時(shí),波的強(qiáng)度會(huì)相互抵消,形成暗條紋——這就是“波的干涉”現(xiàn)象。

      這個(gè)實(shí)驗(yàn)最早是由英國(guó)物理學(xué)家托馬斯·楊在1801年完成的,他通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn),徹底推翻了當(dāng)時(shí)流行的“光的粒子說(shuō)”,證明了光的波動(dòng)性。值得一提的是,這位托馬斯·楊,就是后來(lái)差點(diǎn)破解古埃及文字的那位學(xué)者,他不僅在物理學(xué)領(lǐng)域有著重大貢獻(xiàn),在語(yǔ)言學(xué)、考古學(xué)領(lǐng)域也頗有建樹(shù)。

      在托馬斯·楊完成雙縫干涉實(shí)驗(yàn)一百年后,隨著量子力學(xué)的興起,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)更加詭異的現(xiàn)象:不僅光具有波動(dòng)性,像電子這樣的微觀粒子,也具有波動(dòng)性。隨著技術(shù)的進(jìn)步,科學(xué)家們用電子代替光,進(jìn)行了雙縫干涉實(shí)驗(yàn)——實(shí)驗(yàn)的設(shè)置與光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)基本相同,只是將點(diǎn)光源換成了電子槍,背景板換成了感光屏。

      實(shí)驗(yàn)剛開(kāi)始時(shí),電子被一個(gè)個(gè)單獨(dú)發(fā)射出來(lái),通過(guò)雙縫后,隨機(jī)地落在感光屏上,看起來(lái)沒(méi)有任何規(guī)律。



      但隨著落在感光屏上的電子越來(lái)越多,一條條明暗相間的干涉條紋,逐漸顯現(xiàn)了出來(lái)——這種條紋,與托馬斯·楊實(shí)驗(yàn)中光的干涉條紋,幾乎一模一樣。

      更神奇的是,如果將兩條狹縫中的一條關(guān)閉,干涉條紋就會(huì)立刻消失,感光屏上只會(huì)出現(xiàn)一條亮帶。

      這個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,徹底顛覆了人類的認(rèn)知:電子明明是一種粒子,卻表現(xiàn)出了波的特性;而且,只有當(dāng)兩條狹縫都打開(kāi)時(shí),電子才會(huì)表現(xiàn)出波動(dòng)性,形成干涉條紋——這意味著,通過(guò)兩條狹縫的電子,以波的形式相互干涉了。

      但這還不是最令人費(fèi)解的地方。

      這個(gè)實(shí)驗(yàn)最詭異的一點(diǎn)的是:就算我們把電子一個(gè)個(gè)地單獨(dú)發(fā)射出來(lái),讓前一個(gè)電子落在感光屏上之后,再發(fā)射下一個(gè)電子,最后所有電子落在感光屏上,依然會(huì)形成干涉條紋。

      請(qǐng)大家認(rèn)真讀三遍這句話,體會(huì)其中的詭異之處:就算人們把電子一個(gè)個(gè)地單獨(dú)發(fā)射出來(lái)通過(guò)雙縫,最后所有落在感光屏上的電子還是可以形成干涉條紋。

      為什么這會(huì)令人費(fèi)解?

      我們可以仔細(xì)思考一下:對(duì)于一個(gè)被單獨(dú)發(fā)射出來(lái)的電子來(lái)說(shuō),它在通過(guò)其中一條狹縫的時(shí)候,怎么會(huì)“知道”另一條狹縫是打開(kāi)的還是關(guān)閉的?它怎么會(huì)“決定”和其他電子(哪怕是已經(jīng)落在感光屏上的電子)一起形成干涉條紋?



      要知道,對(duì)于電子來(lái)說(shuō),兩條狹縫之間的距離,是一個(gè)極其巨大的尺度。如果我們把電子的尺寸放大到一個(gè)人那么大,那么兩條狹縫之間的距離,可能已經(jīng)有太陽(yáng)系的直徑那么大了。一個(gè)如此微小的電子,怎么可能“感知”到如此遙遠(yuǎn)的地方,是否有另一條狹縫?

      更令人不可思議的是,干涉條紋的形狀,與兩條狹縫之間的距離有關(guān)——狹縫距離不同,干涉條紋的間距也會(huì)不同。

      這意味著,電子不僅“知道”另一條狹縫是否存在,還能在一瞬間“測(cè)量”出兩條狹縫之間的距離,然后根據(jù)這個(gè)距離,“決定”自己落在感光屏上的位置,從而形成對(duì)應(yīng)的干涉條紋。

      更重要的是,一個(gè)單獨(dú)發(fā)射的電子,“不知道”在它之前有多少電子落在了感光屏上,也“不知道”在它之后會(huì)有多少電子被發(fā)射過(guò)來(lái)——它沒(méi)有任何“參考”,卻能精準(zhǔn)地落在形成干涉條紋所需的位置上,仿佛與其他電子“約定”好了一樣。

      這些問(wèn)題,每一個(gè)都在挑戰(zhàn)著人類的認(rèn)知極限。為了解釋這個(gè)現(xiàn)象,科學(xué)家們提出了各種理論,其中最被廣泛接受的,是“哥本哈根解釋”。



      哥本哈根解釋認(rèn)為,電子并不像炮彈那樣,有確定的運(yùn)動(dòng)軌跡,而是在空間中以“概率波”的形式傳播。在我們對(duì)電子進(jìn)行觀測(cè)之前,討論電子的位置和運(yùn)動(dòng)軌跡是沒(méi)有意義的——因?yàn)殡娮釉诳臻g的任何一個(gè)位置都有可能存在,只是存在的概率不同而已。換句話說(shuō),電子在空間中“處處都在,卻又處處都不在”。

      在電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)電子被發(fā)射后,它就以概率波的形式向前傳播,并同時(shí)穿過(guò)了兩條狹縫。穿過(guò)狹縫后,兩條概率波相互干涉,形成了新的概率波。

      當(dāng)這條新的概率波遇到感光屏?xí)r,感光屏的“觀測(cè)”行為,要求電子必須出現(xiàn)在一個(gè)具體的位置——于是,電子的概率波就“坍縮”了,電子根據(jù)概率波的分布,隨機(jī)地出現(xiàn)在感光屏的某個(gè)位置。當(dāng)足夠多的電子落在感光屏上后,我們就可以看到概率波干涉形成的條紋。

      為了驗(yàn)證哥本哈根解釋的正確性,科學(xué)家們?cè)讵M縫上安裝了探測(cè)器,想要看看電子到底是不是同時(shí)通過(guò)了兩條狹縫。檢測(cè)的結(jié)果是:電子每次都只能通過(guò)其中一條狹縫——這與哥本哈根解釋中“電子同時(shí)通過(guò)兩條狹縫”的說(shuō)法,似乎產(chǎn)生了矛盾。



      但更詭異的事情發(fā)生了:只要在狹縫上安裝探測(cè)器,感光屏上的干涉條紋就會(huì)神秘地消失。哥本哈根派的科學(xué)家對(duì)此解釋說(shuō):安裝探測(cè)器的行為,本身就是一種“觀測(cè)”,這種觀測(cè)會(huì)導(dǎo)致電子的概率波在狹縫處提前坍縮——既然概率波已經(jīng)提前坍縮,電子就只能選擇一條狹縫通過(guò),自然也就無(wú)法在感光屏上形成干涉條紋了。

      哥本哈根解釋的核心觀點(diǎn)是:在觀測(cè)之前,微觀粒子的各種可能性,會(huì)以“量子疊加態(tài)”的形式同時(shí)存在;但一旦進(jìn)行觀測(cè),這種疊加態(tài)就會(huì)坍縮,粒子會(huì)隨機(jī)地呈現(xiàn)出一種確定的狀態(tài)。

      比如,在電子雙縫實(shí)驗(yàn)中,觀測(cè)前,電子處于“通過(guò)左縫”和“通過(guò)右縫”的疊加態(tài);觀測(cè)后,疊加態(tài)坍縮,電子要么通過(guò)左縫,要么通過(guò)右縫。

      這種觀點(diǎn)在20世紀(jì)初引發(fā)了巨大的爭(zhēng)議,以愛(ài)因斯坦為首的許多科學(xué)家,都對(duì)哥本哈根解釋提出了猛烈的抨擊。



      愛(ài)因斯坦曾說(shuō)過(guò)一句著名的話:“上帝不會(huì)擲骰子”——他認(rèn)為,量子世界的不確定性,并不是因?yàn)榱W诱娴臎](méi)有確定的狀態(tài),而是因?yàn)槲覀兊挠^測(cè)手段還不夠先進(jìn),沒(méi)有發(fā)現(xiàn)粒子運(yùn)動(dòng)的內(nèi)在規(guī)律。

      為了反駁哥本哈根解釋,奧地利物理學(xué)家薛定諤在1935年提出了一個(gè)著名的思想實(shí)驗(yàn)——“薛定諤的貓”。

      這個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的,是將哥本哈根解釋中的“量子疊加態(tài)”,從微觀粒子推廣到宏觀物體,從而證明哥本哈根解釋的荒謬性。



      薛定諤的貓實(shí)驗(yàn)是這樣設(shè)計(jì)的:想象一個(gè)放射性原子,它有50%的概率會(huì)衰變,也有50%的概率不會(huì)衰變。根據(jù)哥本哈根解釋,在我們對(duì)這個(gè)原子進(jìn)行觀測(cè)之前,它會(huì)同時(shí)處于“衰變”和“不衰變”的量子疊加態(tài);只有當(dāng)我們觀測(cè)它時(shí),它的疊加態(tài)才會(huì)坍縮,隨機(jī)呈現(xiàn)出一種確定的狀態(tài)。

      現(xiàn)在,我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)精密的裝置:將這個(gè)放射性原子與一個(gè)毒氣釋放裝置連接起來(lái),如果原子衰變,就會(huì)觸發(fā)開(kāi)關(guān),釋放出毒氣;如果原子不衰變,就不會(huì)觸發(fā)開(kāi)關(guān),毒氣也不會(huì)釋放。然后,我們將這個(gè)裝置和一只貓,一起放進(jìn)一個(gè)封閉的箱子里,箱子完全密封,我們無(wú)法看到箱子里面的情況。

      根據(jù)哥本哈根解釋,只要我們不打開(kāi)箱子進(jìn)行觀測(cè),這個(gè)放射性原子就會(huì)一直處于“衰變”和“不衰變”的疊加態(tài)。那么,與原子連接的毒氣釋放裝置,就會(huì)處于“釋放毒氣”和“不釋放毒氣”的疊加態(tài);而箱子里的貓,就會(huì)處于“死”和“活”的疊加態(tài)——也就是說(shuō),這只貓既死了,又活著。

      一只“既死又活”的貓,無(wú)疑是極其荒謬的。

      薛定諤正是通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn),想要告訴人們:哥本哈根解釋中“量子疊加態(tài)”的觀點(diǎn),在宏觀世界中是完全不成立的,因此哥本哈根解釋也是不合理的。

      但事與愿違的是,薛定諤的貓不僅沒(méi)有反駁掉哥本哈根解釋,反而成為了量子力學(xué)最流行的大眾文化符號(hào)。直到今天,哥本哈根解釋依然是量子力學(xué)中最被廣泛接受的解釋——雖然它依然存在著一些難以解決的邏輯瑕疵。

      哥本哈根解釋最大的瑕疵,就是“觀測(cè)者”的定義:到底什么是“觀測(cè)”?為什么觀測(cè)會(huì)導(dǎo)致量子疊加態(tài)的坍縮?難道人類的觀測(cè),真的能影響微觀粒子的狀態(tài)嗎?我們?nèi)祟愒谟钪嬷校娴挠羞@么重要的地位嗎?



      重要的是,什么樣的“觀測(cè)者”才能導(dǎo)致疊加態(tài)的坍縮?必須是人類嗎?一個(gè)嬰兒進(jìn)行觀測(cè),能導(dǎo)致疊加態(tài)坍縮嗎?一只貓、一只老鼠、一個(gè)細(xì)菌,甚至是一臺(tái)沒(méi)有生命的儀器,能成為“觀測(cè)者”嗎?這些問(wèn)題,哥本哈根解釋都無(wú)法給出明確的答案。

      為了解決這些問(wèn)題,美國(guó)物理學(xué)家休·埃弗雷特在1957年提出了一種全新的解釋——“多世界解釋”,這就是我們所說(shuō)的量子平行宇宙理論。

      多世界解釋的核心觀點(diǎn)非常簡(jiǎn)單:根本不存在所謂的“量子疊加態(tài)坍縮”。

      當(dāng)我們進(jìn)行觀測(cè)時(shí),整個(gè)宇宙會(huì)分裂成幾個(gè)平行宇宙,每個(gè)平行宇宙對(duì)應(yīng)著一個(gè)不同的量子結(jié)果。也就是說(shuō),量子世界的所有可能性,都會(huì)在不同的平行宇宙中成為現(xiàn)實(shí)——我們只是被隨機(jī)地分配到了其中一個(gè)平行宇宙,只能看到其中一種結(jié)果。

      回到電子雙縫實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)電子通過(guò)雙縫時(shí),整個(gè)宇宙會(huì)分裂成兩個(gè)平行宇宙:在一個(gè)平行宇宙中,電子通過(guò)了左縫;在另一個(gè)平行宇宙中,電子通過(guò)了右縫。我們所處的宇宙,只是其中一個(gè),所以我們只能觀測(cè)到電子通過(guò)左縫(或右縫)的結(jié)果;而在另一個(gè)平行宇宙中,會(huì)有一群和我們一模一樣的人,觀測(cè)到電子通過(guò)了右縫(或左縫)。



      而對(duì)于薛定諤的貓來(lái)說(shuō),在我們打開(kāi)箱子之前,宇宙就已經(jīng)分裂成了兩個(gè)平行宇宙:一個(gè)平行宇宙中,原子衰變,毒氣釋放,貓死了;另一個(gè)平行宇宙中,原子沒(méi)有衰變,毒氣沒(méi)有釋放,貓活著。

      我們打開(kāi)箱子的行為,并不是導(dǎo)致疊加態(tài)坍縮,而是“發(fā)現(xiàn)”了我們所處的平行宇宙的結(jié)果——如果我們看到貓活著,那么在另一個(gè)平行宇宙中,我們正圍在箱子旁,討論貓為什么會(huì)死掉。

      那么,如何解釋電子雙縫實(shí)驗(yàn)中的干涉條紋呢?既然宇宙在電子通過(guò)雙縫時(shí)已經(jīng)分裂成了兩個(gè)平行宇宙,為什么還會(huì)出現(xiàn)干涉條紋?

      多世界解釋給出的答案是:當(dāng)引起宇宙分裂的粒子數(shù)量足夠少時(shí)(比如單個(gè)電子),分裂后的兩個(gè)平行宇宙之間,還可以產(chǎn)生微弱的聯(lián)系——也就是說(shuō),“左縫宇宙”中的電子,還能感知到“右縫宇宙”的存在,從而與“右縫宇宙”中的電子產(chǎn)生干涉,形成干涉條紋。



      而當(dāng)我們?cè)讵M縫上安裝探測(cè)器,對(duì)電子進(jìn)行觀測(cè)時(shí),干涉條紋就會(huì)消失——這是因?yàn)椋綔y(cè)器和我們?nèi)祟悾际怯纱罅康奈⒂^粒子構(gòu)成的。當(dāng)這些大量粒子介入觀測(cè)時(shí),兩個(gè)平行宇宙之間的微弱聯(lián)系就會(huì)被切斷,用物理學(xué)家的話來(lái)說(shuō),就是兩個(gè)平行宇宙“退相干”了。一旦退相干,兩個(gè)平行宇宙就會(huì)徹底獨(dú)立,不再相互影響,干涉條紋自然也就消失了。

      多世界解釋聽(tīng)起來(lái)似乎過(guò)于“大動(dòng)干戈”——為了解釋一個(gè)電子通過(guò)雙縫的問(wèn)題,竟然不惜讓整個(gè)宇宙分裂。但不可否認(rèn)的是,它避開(kāi)了哥本哈根解釋中“觀測(cè)者導(dǎo)致坍縮”的尷尬問(wèn)題,不需要引入“觀測(cè)者”的概念,就能完美解釋量子世界的不確定性。

      雖然哥本哈根解釋目前依然是量子力學(xué)中最流行的解釋,但在幾次國(guó)際科學(xué)會(huì)議的調(diào)查問(wèn)卷中,多世界解釋都作為第二受歡迎的選項(xiàng),緊跟在哥本哈根解釋之后。越來(lái)越多的物理學(xué)家開(kāi)始接受多世界解釋,認(rèn)為它可能是更接近量子世界本質(zhì)的解釋。

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