平行宇宙真的存在吗?

由:乔什·克拉克

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你能想象会怎么样吗?卡洛斯·费尔南德斯/盖蒂图片社

1954年,普林斯顿大学(Princeton University)年轻的博士候选人休·埃弗雷特三世(Hugh Everett III)提出了一个激进的想法:存在与我们的宇宙完全相同的平行宇宙。这些宇宙都与我们的宇宙有关;的确,它们和我们的宇宙是分不开的,而我们的宇宙也是分不开的。在这些平行宇宙中,我们的战争产生的结果与我们所知道的不同。在我们的宇宙中灭绝的物种在其他宇宙中进化和适应。在其他宇宙中,我们人类可能已经灭绝了。

这种想法令人难以置信,但仍然是可以理解的。平行宇宙或类似于我们自己的维度的概念出现在科幻小说并被用来解释形而上学。但为什么一个年轻有为的物理学家会拿自己的职业生涯冒险提出一个关于平行宇宙的理论呢?

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与他的多世界理论,埃弗雷特正试图回答一个相当棘手的问题量子物理学:为什么量子物质的行为不规律?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(Max Planck)首次将这个概念引入了科学界。普朗克对辐射的研究产生了一些不同寻常的发现,与经典物理定律相矛盾。这些发现表明,宇宙中还有其他规律在起作用,它们的作用比我们所知的更深层次。

海森堡不确定性原理

在相当短的时间内,研究量子能级的物理学家注意到了这个微小世界的一些奇特之处。首先,存在于这一层次上的粒子可以以任意不同的形式存在。例如,科学家已经观察到光子——小包的——起到粒子和波的作用。甚至单个光子也表现出这种形状变化[来源:布朗大学].想象一下,如果你的朋友瞥你一眼时,你的样子和行为都像一个实实在在的人,但当他再回头看你时,你已经变成了气态。

这被称为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,我们就会影响该物质的行为。因此,我们永远无法完全确定一个量子物体的性质或它的属性,比如速度和位置。

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这个想法得到了哥本哈根解释量子力学的。由丹麦物理学家尼尔斯·玻尔提出的这种解释认为,所有的量子粒子并不以一种或另一种状态存在,而是同时以所有可能的状态存在。一个量子物体所有可能状态的总和叫做它的波函数.一个对象同时存在于其所有可能状态中的状态称为其状态叠加

根据玻尔的理论,当我们观察一个量子物体时,我们会影响它的行为。观察打破了物体的叠加,本质上迫使物体从它的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,至今仍被量子学界的许多人所接受。但最近,埃弗雷特的多世界理论得到了一些严肃的关注。请阅读下一页,了解“多世界”解释是如何运作的。

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许多世界理论

年轻的休·埃弗雷特在很大程度上同意备受尊敬的物理学家尼尔斯·玻尔关于量子世界的观点。他同意叠加的思想,也同意波函数的概念。但是埃弗雷特在一个重要的方面不同意玻尔的观点。

在埃弗雷特看来,测量一个量子物体并不会迫使它进入一种或另一种可理解的状态。相反,对一个量子物体的测量导致了宇宙的分裂。这个宇宙实际上是复制的,为测量的每一个可能的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:它要么作为粒子被测量,要么作为波被测量。这一区别使得埃弗雷特的“多世界”理论与作为量子力学解释的哥本哈根解释竞争。

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当物理学家测量物体时,宇宙会分裂成两个不同的宇宙,以容纳每种可能的结果。一个宇宙的科学家发现这个物体是以波的形式被测量的。另一个宇宙的同一位科学家以粒子的形式测量物体。这也解释了一个粒子如何可以在多种状态下被测量。

虽然听起来令人不安,但埃弗雷特的“多世界”解释的含义超出了量子层面。如果一个行动有不止一种可能的结果,那么——如果埃弗雷特的理论是正确的——当这个行动被采取时,宇宙就分裂了。即使一个人选择不采取行动,这也是正确的。

这意味着,如果你曾经发现自己处于死亡是可能的结果的情况下,那么在一个与我们平行的宇宙中,你就死了。这只是一些人认为“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,它破坏了我们的概念时间是线性的。想象一条显示越南战争历史的时间线。基于“多世界”解释的时间线将显示所采取的每一个行动的每一个可能结果,而不是一条显示值得注意的事件向前发展的直线。从那里开始,所采取行动的每个可能结果(作为原始结果的结果)将被进一步记录下来。

但一个人无法意识到他的另一个自我——甚至他的死亡——存在于平行宇宙中。那么,我们怎么知道多世界理论是否正确呢?在20世纪90年代末,来自于一位思想实验——一个用来从理论上证明或反驳一个想法的想象实验——被称为量子自杀。(你可以在量子自杀是如何发生的.)

这个思想实验重新激起了人们对埃弗雷特理论的兴趣,多年来,他的理论一直被认为是垃圾。自从“多世界”被证明是可能的,物理学家和数学家就致力于深入研究该理论的含义。但是“多世界”解释并不是唯一试图解释宇宙的理论。它也不是唯一一个表明存在与我们的宇宙平行的宇宙。阅读下一页了解弦理论。

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平行宇宙:分裂还是弦?

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卡来道夫博士,弦理论的创始人
泰德·泰(Ted Thai) /Time Life Pictures/盖蒂图片社

众多世界理论和哥本哈根解释并不是唯一试图解释宇宙基本层面的竞争对手。事实上,量子力学甚至不是物理学中寻找这种解释的唯一领域。从亚原子物理研究中产生的理论仍然是理论。这导致了研究领域的分化,就像心理学领域的分化一样。理论既有支持者也有批评者,卡尔·荣格、阿尔伯特·埃利斯和西格蒙德·弗洛伊德提出的心理框架也是如此。

自从他们的科学发展以来,物理学家一直从事于逆向工程对于宇宙,他们研究了他们所能观察到的,并倒退到物质世界的更小的层面。通过这样做,物理学家试图达到最后和最基本的水平。他们希望,这一层次将成为理解其他一切的基础。

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在他著名的相对论之后,阿尔伯特·爱因斯坦用他的余生来寻找能回答所有物理问题的最后一个层次。物理学家把这个幽灵理论称为一切的理论.量子物理学家认为,他们正在寻找最终理论。但是物理学的另一个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种被称为弦论的理论亚量子水平来寻找所有生命的答案。令人惊讶的是,通过他们的理论研究,这些物理学家,比如埃弗雷特,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道雄·卡库提出的。他的理论认为一切的基本构件以及宇宙中所有的物理力重力——存在于亚量子水平。这些积木就像细小的橡皮筋或绳子夸克(量子粒子),然后是电子,然后原子,细胞等等。弦究竟产生了什么样的物质物质的行为取决于弦的振动。我们的整个宇宙就是这样组成的。根据弦理论,这种组合发生在11个不同的维度上。

像多世界理论一样,弦理论证明了平行宇宙的存在。根据该理论,我们自己的宇宙就像一个气泡,存在于类似的平行宇宙中。与多世界理论不同,弦理论假设这些宇宙可以相互接触。弦理论认为重力可以在这些平行的宇宙间流动当这些宇宙相互作用时,就会发生一场大爆炸,就像创造我们的宇宙一样。

虽然物理学家已经成功地创造出可以探测量子物质的机器,但亚量子弦仍有待观察,这使得它们——以及它们所基于的理论——完全是理论上的。尽管有些人认为它是正确的,但有些人却对此表示怀疑。

那么平行宇宙真的存在吗?根据多世界理论,我们无法真正确定,因为我们无法意识到它们。弦理论已经至少被测试过一次了——结果都是负面的。Kaku博士仍然相信平行维度确实存在[来源:《卫报》].

爱因斯坦没能活到看到他对万物理论的追求被其他人所接受。不过,如果《多世界》是正确的,爱因斯坦仍然生活在一个平行宇宙中。也许在那个宇宙中,物理学家已经发现了万有理论。

想了解更多关于平行宇宙的信息,请访问下面链接

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