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    平行世界起源于微观物理

    发布日期:2021-01-30 05:47 物理论文

    真的有平行宇宙吗?在其他宇宙中,你可能在睡觉,你可能快乐或悲伤,你可能富有或贫穷,甚至死亡。

    答案是“有这种可能。”平行宇宙是一个有争议的术语,但在过去的几十年里,它获得了越来越多的追随者。

    平行世界起源于微观尺度的物理。20世纪初,物理学家创造和发展了量子力学,在微观尺度上理解世界。按照这个理论,微观世界的现实是很模糊的。微观粒子,如电子,不需要有特定的位置,但可以同时处于不同的位置。它们也可以同时具有我们认为不相容的其他属性。当粒子具有这样的性质时,物理学家说它们处于不同状态的叠加态。

    实验证明叠加态是真实的。即使是足球烯烃那么大的分子(含60个原子),也可以同时处于不同的位置。

    为什么我们看到的粒子只在特定的位置?既然我们都是由粒子组成的,为什么只能处于特定的位置?

    量子力学本身并没有给出这个问题的答案。一种可能是量子力学不是描述世界的完美理论。也许大自然遵循着另一种运行机制,我们还不了解。在微观世界中,现实可能是模糊的,但当涉及到宏观物体,如观察者或测量仪器时,微观物体就不再处于叠加状态。

    另一种可能是所有可能的测量都是真实的。例如,当测量一个粒子的位置时,世界分成不同的分支。每个分支都有一个你,这个分支的你衡量一个粒子在某个位置。

    1957年,物理学家休埃弗雷特在他的博士论文中首次提出了多世界的概念。“数学告诉我们,当一个粒子处于A态和B态的叠加态时,观测者的测量允许自己进入观测粒子处于A态和观测B态的叠加态。”牛津大学的物理哲学家大卫华莱士解释说。于是微观叠加变成宏观叠加。

    数学虽然不能决定衡量A还是B,但并没有把二者混为一谈。描述系统状态的数学表达式可以分为两部分。每个部分都描述了一个世界,在这个世界中,实验者只看到两种可能性之一。

    物理学家的测量是导致世界分裂的唯一手段吗?当然不是。测量本质上是测量仪器与叠加态的相互作用,其他物理过程也可以与叠加态相互作用。比如宇宙射线可以处于叠加态,向各个方向传播。如果一条沿一个方向传播的射线击中地球上的一个晶体,射线的照射会在晶体上留下一个轨迹。晶体可以有效地测量光的位置。由于光线处于撞击晶体和不撞击晶体的叠加态,晶体进入有迹无迹的叠加态。

    没有观察者的时候,你可以认为世界从一开始就在分裂。"根据多世界理论,这已经从大爆炸开始了."剑桥大学的量子物理学家阿德里安肯特(Adrian Kent)说:“宇宙可能是从一个单一的量子态开始的,但它很快就变成了对宇宙的许多不同描述的叠加。在这些分支中,地球将形成。在其中一些分支中,地球不会形成。在地球的某些分支,我们会进化,而在其他分支,我们不会进化。”

    但是为什么我们一直没有找到另一个自己?为什么我们从来没有见过像冰箱或人这样的宏观物体同时出现在多个地方?

    埃弗雷特最初的想法不能排除这种可能性。原则上,现实可能会以我们不知道的方式分裂,这样观察者就会看到一个电子不在特定的位置。但埃弗雷特没有考虑外部影响。当电子与外界环境相互作用时,如高速运动的光子或宇宙射线,“A位电子”与“B位电子”之间的干扰几乎完全转移到外界环境中而消散。两种状态之间的干涉变得不易察觉,观察者在观察电子时只能看到确定的结果。这个过程叫做退相干,发生的非常快。

    因为人和冰箱总是与无数个粒子相互作用,退相干会把它们限制在一个单一的轨迹上:它们在某个时刻不会处于不同的位置。

    如果研究微观物体,比如电子,可以把它们和外界隔离开来,观察叠加现象。“系统越大,越难将其与外部环境隔离。所以物体越大,越难处于叠加状态。”华莱士解释道。

    “在埃弗雷特看来,所有不同的分支都是真实的。”肯特说:“这些分支机构里有很多你。问哪个是真的没有意义,因为这些复印件都是真的。直到世界分裂,所有副本都有相同的记忆。时间短了,副本之间会有细微的差别,久而久之,差别会越来越大。”

    多世界观可能不符合常识,它取决于现有的量子力学数学。人们不相信多世界理论主要有两个原因。包括肯特在内的一些人不相信退相干足以解释世界被分成许多分支,在每个分支中,世界就是他们所看到的。他们担心退相干理论需要引入额外的假设来有效描述现实。

    另一个问题是,数学向世界的不同分支引入了看起来像概率的东西。但是,如果所有分支都同样成立,那么说一个分支比另一个分支更有可能是什么意思呢?

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