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    “平行宇宙”理论是怎么回事

    发表时间:2019-11-04 信息来源:www.design-factory.cn 浏览次数:555

     

    原作者:Robert P. Crease

    塞恩卡洛尔(Sean Carroll)的新书追溯了已经存在60年的多世界理论,作者罗伯特P克雷斯(Robert P. Crease)对此表示赞赏。

    《深藏之物:量子世界和时空的出现》

    深藏于世的:量子世界和时空肖恩的出现

    肖恩卡洛尔

    一个世界(2019)

    在本书的开头,肖恩卡洛尔(Sean Carroll)引用了伊索寓言中狐狸和葡萄的故事。饥饿的狐狸想吃掉一串挂在葡萄藤上的葡萄。即使发现自己遥不可及,狐狸还是拒绝承认失败,并声称葡萄是酸的,不能吃,然后就离开了。在卡罗尔看来,这个寓言也总结了物理学家如何对待量子力学的怪异预言。

    1950年代提出的多世界理论认为,平行世界一直在不停地分叉。

    图片来源:Shutterstock

    Carol认为应该这样做。他认为,按照多世界理论,狐狸可以吃葡萄。这种理论最早是由美国物理学家休埃弗里特(Hugh Everett)在1950年代后期提出的。按照这种理论,我们所处的宇宙只是众多平行世界之一。秒(纳秒)分散在分支中,它们彼此不交叉且不通信。 (多世界理论不同于多元宇宙的概念。多元宇宙的观点是,在不同的时空区域中有许多自成体系的宇宙。)

    六十年过去了。这种理论仍然是人类历史上最怪异但完全合乎逻辑的思想之一。它直接衍生自量子力学的基本原理,没有引入其他不相关的元素。尽管许多受到多世界理论启发的电影和电视剧最终在平行世界之间架起了桥梁,但它已成为大众文化的精神食粮。这实际上是对多世界理论的蔑视,例如2011年发行的电影《另一个地球》(另一个地球)。

    在本书中,卡罗尔有力地解释了多世界理论,讨论了其在后埃弗里特时代的演变,以及当今世界为何如此。卡洛尔说,埃弗里特的概念是“我们观察现实的最佳视角”,这在很大程度上是因为其纯逻辑。

    不可预测的量子波

    量子力学是现代亚原子尺度物理学的基本框架。它成功地经受了近一个世纪的考验,其中包括法国物理学家阿兰Aspect来确认量子纠缠的实验,这是某些量子现象的长距离效应。

    在量子力学中,世界由两个基本组成部分组成。一个是波动函数,它是一个平滑的,完全可确定的数学表达式,它表示无数种可能用于描述粒子信息的粒子位置和特性的可能性。第二个是波动函数的崩溃,这是为了获得一种可能性并消除所有其他可能性。关于波函数崩溃是如何发生的存在分歧。 可能是由于观察波动函数或遇到古典世界某些部分的波动函数引起的。

    许多物理学家不加思索地接受了上述物理学观点。实际上,由Niels Bohr和Werner Heisenberg于1920年代创立的“哥本哈根解释”概念一直是物理学家。它们今天仍在使用。但是哥本哈根的解释仍然有一些难以完全接受的因素。例如,波动函数是不可观察的,预测是基于概率的,是什么导致波动函数崩溃。

    休埃弗里特(右二)建立了多重世界理论。 (从左至右:查尔斯米斯纳,黑尔特罗特,尼尔斯波尔和戴维哈里森)p>

    图片来源:Alan Richards/AIP Emilio Segre Visual Archives

    我们可以从折叠波函数中得到什么?量子力学方程确实起作用,但是波函数是辩论如何解释量子力学的关键。卡罗尔概述了哥本哈根解释的几种替代方案,以及它们各自的优缺点。

    一个选择是Albert Einstein和David Bohm提出的“隐藏变量”方法,在此方法的描述中,波动函数只是一个临时解决方法,物理学家最终将找到替代它的新工具。克里斯托弗福克斯(Christopher Fuchs)提出了另一种方法,称为“季度贝叶斯主义”,他认为这是主观的。因此,它仅引导我们相信测量结果,而不是亚原子世界本身的真实特征。海森堡晚年提出,我们必须改变“现实”本身的概念。借用亚里士多德的“有力”概念(例如,在提供适当条件后,橡子有可能成为橡树的潜力),他认为波动函数仅代表现实的“中间”水平。

    卡洛尔认为,多世界理论是理解量子力学的最直接方法。该理论接受波动函数作为描述现实的工具。实际上,在多世界理论中只有一个波动函数来描述整个宇宙。此外,当事件发生在我们的世界中时,波动函数中包含的其他可能性不会消失。取而代之的是,创建了一个新世界,每一种可能性都变为现实。

    该理论非常简洁,符合量子力学的逻辑,因此Carol称之为“勇敢”方法。他声称没有必要担心多余的世界。毕竟,我们看不到它们。如果多世界理论是正确的,我们甚至都不会注意到任何差异。其他世界与我们自己的世界平行,因此称它们为“幽灵世界”似乎没有问题。

    猫的影子头像

    对于物理学家来说,该理论非常吸引人,因为它解释了量子力学的许多问题。例如,在“薛定inger的猫”的思想实验中,只把猫的“猫”叉到了另一个世界中,世界上每个盒子里只有一只猫。卡洛尔还表明,该理论为某些复杂现象提供了更简单的解释,例如黑洞为何具有辐射。此外,该理论可能有助于解决现有的物理问题,例如如何统一量子力学和相对论。

    《深藏之物》这本书具有类似科学的性质,它使公众知道物理学家仍在争论量子力学的含义。 Carol使读者快速了解了从Max Planck到现在的量子物理学的历史,并解释了为什么在引入多世界理论之前很难解释量子力学。这本书的重点是有关多世界理论含义的“苏格拉底对话”。对话的两个方面是哲学物理学家和具有科学素养的哲学家。作者将对话设计为以消除普通读者可能持有的一些直观想法。

    然而,普通读者可能仍然对Carol轻描淡写的“现实”表示怀疑。像许多物理学家一样,卡罗尔(Carol)相信现实是对科学理论的描述。但是,什么物理学家可以垄断这个概念呢?为什么物理学家有权说其他人(更不用说生活在极端情况下的人,例如难民,士兵和绝症患者)生活在一个不太基本的现实中?我们是否有必要遵循海森堡的指导?换句话说,我们必须依靠哲学家几千年来开发的工具来讨论“现实的复杂性”,以解释为什么狐狸很难吃那些葡萄。

    多么奇怪的想法!

    原着的标题为“多世界理论的奇异逻辑”

    发布于2019年9月2日《自然》书籍和艺术部门

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