2021年11月04日 10:00
【科學快訊】
真的存在平行宇宙嗎？在其他的宇宙中，你也許正在睡覺，也許正感到快樂或悲傷，你可能是個富翁也可能是個窮鬼，甚至可能已經死掉了。
答案是「有這種可能。」平行宇宙是一個頗有爭議的說法，但是在過去幾十年裏，它收獲了越來越多的追隨者。
模糊的現實
平行世界起源於微觀尺度下的物理學。
二十世紀初，物理學家創造並發展了量子力學來理解微觀尺度下的世界。
這個理論認為，微觀世界的現實很模糊。
微觀粒子，不需要擁有特定的位置，它可以同時處於不同的位置，還可以同時擁有其他我們原本認為並不相容的性質。當粒子擁有這樣的性質時，物理學家就說它們處於不同狀態的疊加態。
實驗已經證明疊加態是真實存在的。
那為什麼我們看到的粒子只會處於特定的位置上？這正是量子力學中著名的測量問題。
量子力學自身並沒有給出這個問題的答案。一個可能是，量子力學並不是描述這個世界完善的理論。
也許自然界遵循另一種運行機制，這種機制我們暫時還不理解。在微觀世界中，現實也許是模糊不清的，但是一旦涉及到宏觀物體，例如觀測者或者測量儀器，微觀物體就不再處於疊加態了。
通過數學理解世界
另一個可能是我們需要更深入的理解。
也許所有可能的測量結果都是真實存在的：當你進行測量，例如測量一個粒子的位置，世界分裂成不同的分支。在每一個分支裏都有一個你，這個分支裏的你測量到一個粒子處於某個位置。
休·埃弗雷特 攝於1964年 來源：馬克·埃弗雷特
1957年，物理學家休·埃弗雷特首次在他的博士論文中提出關於多世界的想法。
這個想法可能看起來非常瘋狂，但它紮根於量子力學的數學基礎之上。
量子力學的公式並沒有告訴測量時會發生什麼，所以為什麼不讓它們按照薛定諤方程演化來看看會發生什麼呢？
「數學告訴我們的是，當一個粒子處於A狀態和B狀態的疊加態」，觀察者的測量讓自己進入觀察到粒子處於‘A狀態’和觀察到‘B狀態’的疊加態中，」牛津大學物理哲學家大衛·華萊士解釋道。所以微觀的疊加變成了宏觀的疊加。
但是，雖然數學不能決定測到A還是B，但它也沒有將兩者混合起來。
描述體系所處狀態的數學表達式可以分為兩部分，每個部分描述的是一個世界，在這個世界中，實驗者正好看到了兩種可能性中的一種。
如果你從字面上理解這一點，那麼你必須承認現實世界已經發生分裂。
分支宇宙
物理學家的測量是唯一會引起世界分裂的手段嗎？當然不是。
測量本質上是測量儀器與疊加態之間發生相互作用，其他的物理過程同樣可以和疊加態發生相互作用。
例如，宇宙射線可以處於向各個方向傳播的疊加態上。如果沿著其中一個方向傳播的射線射向地球上的一塊晶體，那麼射線的照射會在晶體上留下軌跡。
晶體能有效地測量光線的位置。因為光線處於射向晶體和不射向晶體的疊加態上，晶體進入了留有痕跡和沒有痕跡的疊加態。事實上，埃弗雷特的解釋也是如此，現實發生了分裂。
物理學家埃爾溫·薛定諤提出了一個著名的思想實驗，即在盒子中的貓處於生或死的疊加態。根據埃弗雷特的解釋，當你打開了盒子並觀察貓的狀態時，世界就已經分裂成了兩個分支：在其中一個世界中貓是活的，而在另一個世界中貓是死的。
很高興認識……我？
但為什麼我們從來沒有發現另外一個自己？為什麼我們從來沒有看到像冰箱或人這樣的宏觀物體同時出現在多個地方？
有趣的是，埃弗雷特最初的公式並不能排除這種可能性。
原則上，現實可能以我們沒見過的方式分裂，這樣觀測者就會看到一個電子並不處於特定的位置上。
但埃弗雷特沒有考慮到外界的影響。當電子與外部環境發生相互作用，兩種狀態之間的幹涉也變得無法察覺--觀測者在觀察電子時只能看到一個確定的結果。這個過程，叫做退相幹，它發生的速度非常快，所以我們從來沒有意識到它的存在。
由於人和冰箱一直與無數的粒子發生相互作用，退相幹效應會將它們限制在某一個單一的軌跡上面：它們不會在某一時刻處於不同的位置上。
如果你研究的時是微觀物體，比如電子，那麼你就可以很好地將它與外界隔離開，從而觀察到疊加現象。
當然不是通過直接觀測它來證實疊加態的存在，而是讓疊加態獨立存在，然後尋找物體處於疊加態時會發生的物理現象——這正是科學家們能夠確認它存在的方法。
「不過系統越大，就越難將其與外部環境隔離開。因此，越大的物體越難處於疊加態中。」華萊士解釋道。
哪一個我是真實的？
「在埃弗雷特看來，‘所有不同的分支’都是真實的，」肯特說，「這些分支裏由很多你的拷貝，你要問哪一個是真實的是沒有意義的。
這些拷貝之間是平權的，它們都是真實的。
直到世界發生分裂之前，所有的拷貝都擁有相同的記憶。在很短一段時間後，拷貝之間會產生微小的差別，隨著時間的流逝，差別會越來越大。」
你會見到其他的「你」麼？
肯特不認同多世界理論，他指出，多世界理論會對你的生活態度產生深遠的影響。
「這可能會讓你變得非常信奉虛無主義，因為付出努力又有什麼意義，在某些分支宇宙中，無論你試圖做什麼，你總是會成功。你也可能被悲傷包圍。或者你可以一生致力於規避風險，以便盡可能讓自己未來的複制品們過得好一點。」
並不是每個人都是多世界理論的信徒——這並不是因為這個理論表面上的看起來很瘋狂。畢竟，許多理論在最初構思的時候似乎都很瘋狂。今天，沒有一個物理學家會因此而退縮。
來源：中科院物理所
