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1954年,普林斯顿一名年轻的博士研究生休·艾弗雷特提出一个新颖的想法:在我们的宇宙之外,还存在着许多平行宇宙,这些宇宙是是我们所在宇宙的分支。在那些宇宙中,我们所熟知的战争可能有不同的结果,在我们的宇宙中灭绝了的物种,在其他宇宙中或许得以进化并适应了环境,而我们人类可能已经灭绝了。
这一观点虽然令人感到难以置信,但仍是可以被理解的。平行宇宙及高维空间的概念早已出现在科幻小说中,并且做出形而上学的解释。但一个年轻有为的物理学家为什么要堵上自己的名誉提出这样一个概念呢?
艾弗雷特的多世界理论尝试解决量子物理中的一个棘手的问题:为什么量子物质是不稳定的?量子水平是人类能观察到的最小尺寸。量子物理起源于19世纪,马克思·普朗克最早向科学界提出了量子的概念。普朗克在研究黑体辐射时发现了一些与经典物理相矛盾之处,这些发现表明,在微观尺寸还存在着未知的定律,对我们的宇宙存在着深远的影响。
海森堡不确定性原理
很快地,物理学家在量子水平的研究中有了一些奇怪的发现。例如:粒子可以在不同的形态之间任意转换。例如,科学家发现光(组成光的最小粒子)具有波粒二象性,即使单个光子也可以在两种形态中互相转换。想象一下,当身边的人瞥向你的时候,看到的是你的固体形态,当他过一会儿再看过来时,你变成了气态!
这就是著名的海森堡不确定性原理。沃纳·哈森堡指出,我们的观察会影响量子物质的行为。因此,我们永远不可能同时确定一个量子物质的位置和速度。
这一想法得到了丹麦物理学家尼尔斯·波尔关于量子力学哥本哈根解释的支持。这一理论认为:所有的量子物质不会只以一种状态存在,而是同时以它所可能成为的所有状态存在,其所有状态的总和被称为波函数,它所有可能成为的状态的总和成为叠加态。
根据波尔的理论,我们的观察会影响量子物质的行为。观察打破了其叠加态,迫使量子物质从它的波函数中选择一种状态。这一理论对为什么物理学家对同一量子物质的研究总是得到不同的结果做出了解释:量子物质在选择了不同的状态。
波尔的这一解释得到了广泛的支持。但是,近来艾弗雷特的多世界理论也得到了严肃认真的对待。
多世界理论
艾弗雷特基本接受波尔对于量子世界的解释,他赞同关于叠加态和波函数的理论,但在一个关键之处,他与波尔的观点产生了矛盾。
艾弗雷特认为,当我们观测量子物质时,不必迫使它成为能被我们所理解的其中一种状态,相反,每一次对量子物质的观测都会使我们的宇宙发生一次“分裂”,每一种观察结果都会产生一个分支宇宙。例如:一个量子物质的波函数是波和粒子,当一个物理学家观测该物质时,会产生两个结果:波或粒子。这一区别使多世界理论成为量子力学哥本哈根解释的一个有力的竞争者。
当物理学家观测这一量子物质时,他所处的宇宙就分裂成两个宇宙来容纳两种不同的结果。所以,其中一个宇宙中的物理学家发现该物质处于波动状态,而另一个宇宙中,该物理学家发现该物质处于粒子状态。这也同样解释了为什么一个粒子能被观测到处于不止一种状态。
令人不安的是,多世界理论超越量子水平对我们所熟知的世界也产生了影响。如果一个行为能产生出超过一种结果,如果艾弗雷特的多世界理论是正确的,当行为发生时,宇宙就会分裂。即使当你选择不做出这一行为时,宇宙也在发生分裂。
这意味着当你发现你所在的宇宙中死亡是一种可能的结果时,在另一个平行宇宙中,你已经死了。这是多世界理论令人不安的原因之一。
另一个让人不安的方面是多世界理论打破了我们对于线性时间的概念。想象一条时间线显示越南战争。不同于直线只能向前显示出唯一的结果,多世界理论中的时间线会显示出每一个行为可能产生的所有结果。在多世界理论中,每一种结果都被载入了史册。
但一个人无法注意到其他的自己-甚至他的死亡,这些都发生于平行宇宙中。那么我们如何验证多世界理论的正确性呢?19世纪90年代一个思想实验(一种利用想象中的实验证明或反正一个理论)-量子自杀实验-从理论上证明了其可能性。
这一思想实验为多年来被认为是垃圾的多世界理论再次注入了生命力。自从多世界理论被证明是可能的,物理学家和数学家们一直尝试理解其含义。但多世界理论并不是唯一尝试解释我们的宇宙的理论,也不是唯一一个认为存在平行宇宙的理论。
参考资料
1.Wikipedia百科全书
2.天文学名词
3.JOSH CLARK-三疯-howstuffworks
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