量子力学能否揭示平行宇宙的奥秘?平行宇宙真的存在么?

很多科幻小说都描述了一个人穿越到了和本来世界相似但是很多人的命运轨迹都完全不同的平行宇宙。更有科幻电影里描述科学家探索到了空无一人的平行时空,科学家通过装置汲取另一个宇宙的能量解决能源危机。我们大多是通过这些书籍影视作品才了解到了平行宇宙,不禁让人好奇,平行宇宙真的存在么?事实上,平行宇宙是有科学理论的,而平行宇宙的提出恰恰就是源自于量子力学,埃弗里特提出的多世界诠释即为我们所熟知的平行宇宙。

实际上,要了解平行宇宙的科学来源,了解量子力学与平行宇宙的关系,我们就必须了解薛定谔的猫这一量子力学中的著名理论假设。平行宇宙的提出,正是为了解决这一理论所引申出的种种与量子力学相矛盾之处。

量子力学能否揭示平行宇宙的奥秘?平行宇宙真的存在么?

薛定谔的猫这一假设就是,假设有一只猫放在一个完全密封的盒子里,盒子里放置放射性物质,如果这个放射物质衰变,那么盒子里的装置启动释放毒药毒死猫,如果放射物质没衰变,那么猫就存活。那么,在没有打开盒子之前,我们根本不知道猫到底是死是活,这只猫存在于非生非死的时间线上,进而会引发向两种结果,即猫是死的和猫是活的。这实际上是就能见到一点平行宇宙的影子,在不同的时间线上,存在了死了的猫和活着的猫。而实验中的猫为什么存在着不同状态,由观察者决定,即观察者效应。

量子力学能否揭示平行宇宙的奥秘?平行宇宙真的存在么?

就实验而言,只有事后观察者观察可以得出结果,但是由于这种测量结果是随机且无法控制的,因此无法用这种测量结果传递信息。这就是哥本哈根悖论。哥本哈根解释虽能自圆其说,但是其付出的代价是,波函数不再是完全客观的存在,而是变成一种依赖于观测者的东西。可以这样形容这种古怪的状况:在没有人看太阳(量子测量进行之前),太阳根本不存在!

为了解决这种量子力学中的怪异现象,埃弗里特提出多世界诠释即为我们所熟知的平行宇宙。这一量子力学理论从薛定谔的猫的理论中去除观察者或者是测量仪器的存在,待测系统和仪器的整体状态可由一个普适波函数描述,量子测量就是待测系统和仪器之间的相互作用,由整个系统的薛定谔方程决定,相互作用导致二者形成一种关联状态,为相对态。在测量结束后,系统仍处在不同态的线性叠加态上,从而避免观察者效应。以薛定谔猫实验为例,波函数可以分解为两项之和:粒子衰变×猫死+粒子未衰变×猫活。相互作用后这两项分裂为不同的结果,在每一个结果中观测者都只能看到与自己的观测结果一致的世界,而无法看到不同测量结果的世界。也就是说,在一次量子相互作用后,宇宙就会分裂为不同的平行宇宙,取消了观察者的独立性,观察者不会独立于实验之外。

量子力学能否揭示平行宇宙的奥秘?平行宇宙真的存在么?

也许很多年后我们根据这些量子力学的理论和方程会真的对平行时空进行探索,就像科幻电影里一样,我们可以汲取能源,甚至是移民到平行宇宙去。


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