平行宇宙真的存在吗?

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你能想象会是什么样子吗?18新利最新登入卡洛斯费尔南德斯/盖蒂图片社

1954年,普林斯顿大学一位名叫休·埃弗雷特三世(Hugh Everett III)的年轻博士候选人提出了一个激进的想法:存在与我们的宇宙完全一样的平行宇宙。这些宇宙都与我们的宇宙有关;的确,它们从我们的宇宙中分离出来,我们的宇宙也从其他宇宙中分离出来。在这些平行宇宙中,我们的战争与我们所知道的战争有着不同的结果。在我们的宇宙中灭绝的物种在其他宇宙中进化和适应了。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。平行宇宙或维度的概念,类似于我们自己的作品已经出现科幻小说也被用来解释形而上学。但是为什么一个年轻的有前途的物理学家会冒着失去未来事业的风险提出一个平行宇宙的理论呢?

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与他的多世界理论,埃弗雷特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稳定?量子能级是迄今为止科学探测到的最小的能级。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)首次将这一概念引入科学界。普朗克对辐射的研究产生了一些不同寻常的发现,这些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,比我们所知道的更深层。

海森堡测不准原理

在相当短的时间内,研究量子水平的物理学家注意到这个微小世界的一些奇特之处。首先,存在于这个层面上的粒子有一种任意呈现不同形式的方式。例如,科学家观察到光子——小包——作为粒子和波。即使是单个光子也会呈现这种形状变化[来源:布朗大学].想象一下,当你的朋友瞥了你一眼时,你的外表和行为都像一个实实在在的人,但当他再回头看你时,你已经变成了一个气态。

这被称为海森堡测不准原理.物理学家维尔纳·海森堡(Werner Heisenberg)认为,仅仅通过观察量子物质,我们就能影响该物质的行为。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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这一观点得到了哥本哈根解释量子力学。由丹麦物理学家尼尔斯·玻尔(Niels Bohr)提出的这种解释认为,所有量子粒子并不是以一种状态存在,而是同时存在于所有可能的状态中。一个量子物体可能状态的总和称为它波函数.一个对象的状态同时存在于它所有可能的状态,称为它的状态叠加

根据玻尔,当我们观察一个量子物体时,我们会影响它的行为。观测打破了物体的叠加,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,现在仍然被量子学界的许多人接受。但最近,埃弗雷特的多世界理论得到了一些严肃的关注。阅读下一页,找出多世界解释是如何工作的。18新利最新登入

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多世界理论

年轻的休·埃弗雷特(Hugh Everett)同意备受尊敬的物理学家尼尔斯·玻尔(Niels Bohr)关于量子世界的大部分观点。他同意叠加的概念,也同意波函数的概念。但埃弗雷特在一个重要方面不同意玻尔的观点。

对埃弗雷特来说,测量一个量子物体并不能强迫它进入一种可理解的状态。相反,对量子物体的测量会导致宇宙中的实际分裂。宇宙实际上是复制的,根据测量的每一种可能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:它要么被测量为粒子,要么被测量为波。这种区别使得埃弗雷特的多世界理论成为哥本哈根解释量子力学的竞争者。

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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,以容纳每一种可能的结果。因此,某个宇宙中的科学家发现,该物体已被测量为波形。同一位科学家在另一个宇宙中把物体当作粒子来测量。这也解释了为什么一个粒子可以在多个状态18新利最新登入下被测量。

尽管听起来令人不安,但埃弗雷特的多世界解释的含义超出了量子水平。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——当采取行动时,宇宙就会分裂。即使一个人选择不采取行动,这也是成立的。

这意味着,如果你发现自己处于一种可能导致死亡的情况下,那么在与我们平行的宇宙中,你已经死了。这只是一些人觉得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。想象一下一条显示越南战争历史的时间线。18新利最新登入基于多世界解释的时间线将显示所采取的每项行动的每一种可能结18新利最新登入果,而不是显示值得注意的事件进展的直线。从那里,所采取的行动的每一个可能的结果(作为原始结果的结果)将被进一步记录。

但一个人无法意识到存在于平行宇宙中的其他自我——甚至他的死亡。那么我18新利最新登入们怎么知道多世界理论是否正确呢?在20世纪90年代末,从一个思想实验这是一种假想的实验,用于从理论上证明或推翻一个想法,被称为量子自杀。(你可以在18新利最新登入量子自杀的原理.)

这个思想实验重新激起了人们对埃弗雷特理论的兴趣,而这个理论多年来一直被认为是垃圾。自从多世界理论被证明是可能的之后,物理学家和数学家就致力于深入研究该理论的含义。但是多世界理论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:分裂还是串?

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加来道雄博士,弦理论的鼻祖
泰德·泰/时代生活影业/盖蒂图片社

多世界理论和哥本哈根解释并不是试图解释宇宙基本层面的唯一竞争者。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划分,就像心理学的世界一样。理论有支持者也有批评者,就像卡尔·荣格、阿尔伯特·埃利斯和西格蒙德·弗洛伊德提出的心理学框架一样。

自从他们的科学发展起来以来,物理学家一直在从事逆向工程宇宙——他们研究了他们所能观察到的东西,并朝着物质世界越来越小的层面前进。通过这样做,物理学家试图达到最终和最基本的水平。他们希望,正是这个层次将成为理解其他一切事物的基础。

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在他提出著名的相对论之后,阿尔伯特·爱因斯坦用他的余生寻找可以回答所有物理问题的最后一个层次。物理学家把这种幻影理论称为万物理论.量子物理学家相信他们正在寻找最终的理论。但是另一个物理学领域认为量子层次不是最小的层次,因此它不能提供万有理论。

这些物理学家转而求助于一种被称为弦理论的理论亚量子水平,以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。

弦理论由日裔美国物理学家道雄·卡库提出。他的理论认为所有物质的基本组成部分还有宇宙中所有的物理力量,比如重力——存在于亚量子水平。这些积木就像小橡皮筋或绳子,组成了夸克(量子粒子),然后依次是电子,以及原子,细胞等等。弦到底会产生什么样的物质,这些物质的行为取决于弦的振动。18新利最新登入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。

和多世界理论一样,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,存在于相似的平行宇宙旁边。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宇宙之间流动。当这些宇宙相互作用时,就会发生大爆炸,就像创造我们宇宙的大爆炸一样。

虽然物理学家已经设法创造出可以探测量子物质的机器,但亚量子弦尚未被观测到,这使得它们以及构建它们的理论完全停留在理论层面。尽管另一些人认为它是正确的,但一些人对它持怀疑态度。

那么平行宇宙真的存在吗?根据多世界理论,我们不能真正确定,因为我们无法意识到它们。弦理论已经至少被测试过一次——结果是否定的。Kaku博士仍然相信平行维度确实存在,然而[来源:18新利最新登入《卫报》].

爱因斯坦没能活到看到他对万物理论的探索被其他人所接受。话又说回来,如果多世界理论是正确的,那么爱因斯坦仍然活在一个平行宇宙中。也许在那个宇宙中,物理学家已经找到了万有理论。

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