霍金说宇宙中有另一个我,另一个自己。到底是怎么回事?

我会说话;多元宇宙(或多元宇宙与平行宇宙)理论出自休?Flat III对量子力学的解释。

首先,我不知道你对量子力学了解多少,所以我的回答会稍微长一点。众所周知,量子力学的哥本哈根解释认为观察者对微观世界是有影响的,值得一提的有趣实验有“电子穿过了哪条缝”、“量子自杀”、“薛定谔的猫”等等。但是,在微观世界的决定中涉及人类意识似乎存在许多哲学上的困难,以至于后来许多科学家提出了不同于此的其他解释,尤其是Flat的多宇宙理论,赢得了许多支持。

为了让你更好地理解多元宇宙的解释,我不妨详细描述一下电子双缝实验。

根据经典理论,在电子双缝干涉实验中,单个电子只通过一个狭缝,但是通过一个狭缝的粒子发生干涉。如果我们想在两个狭缝上都安装一些仪器,以便记录电子路径或发出警报,那岂不是?这个仪器并不复杂,也不可制造。事实上,我们可以安装这个仪器。然而,一旦我们试图确定电子穿过了哪条裂纹,我们总是只能在其中一条裂纹中找到电子。这两种乐器不同时发声。电子是粒子,一次只能通过一个狭缝。奇怪的是,一旦我们开始测量,干涉条纹就消失了。哥本哈根解释说,人类意识的参与导致了电子波函数的坍缩。

(以下内容选自参考文献《上帝掷骰子吗——量子物理学史》,)

我们无法准确定义一个“观察者”!人和相机有什么区别?大家都解释不了,就利用它来“意识”。而正是这该死的“塌缩”迫使我们去定义一个观察者是什么。一个观察者让波函数坍缩?这似乎赋予了所谓的观察者在宇宙中至高无上的地位。他们享有一些超越物理基本定律的特权,可以创造出一些真正奇妙的东西。

真的,罪魁祸首是模棱两可的“波函数坍缩”。这好像是哥本哈根学派的诅咒,至今仍让我们深陷其中,物理学的未来在它的诅咒下一片黯淡。以康奈尔大学的物理学家库尔特为例。用库尔特·戈特弗里德(Kurt Gottfried)的话来说,这种“崩溃”就像是“美丽理论中丑陋的伤疤”。它阴云密布,似是而非,含糊不清,每个人都有自己的看法,所以争论不休。如何划清观察者和非观察者的界限?薛定谔猫的波函数在我们打开盒子的那一瞬间崩塌了?还是会等到光子进入我们的眼睛,在视网膜上触发电脉冲信号?还是要再等一会儿,直到这个信号传到大脑皮层的某个地方,最终变成一种“精神活动”,才真正崩溃?如果我们陷入其中,未来似乎并不光明。

那么,有什么办法可以绕过所谓的“坍缩”和“观察者”,把智慧生物的干预从物理中踢走,使之回到我们熟悉和热爱的轨道上来呢?让我们重温一下经典的双缝难题:电子通过左边的缝还是右边的缝?根据哥本哈根的解释,当我们不观测它时,它的波函数呈现两种可能的线性叠加。但一旦观测到,一侧有一个峰值,波函数“坍缩”,随机选择通过左侧或右侧的一个狭缝。量子世界的随机性在坍缩中得到最好的体现。

要摆脱这种困境,不承认坍缩,那就只有承认波函数从来没有“选”过左或右,无论观测与否,它始终保持线性叠加的状态。但这显然与我们的实际经验不符,因为现实中从来没有人观察到电子同时通过左右狭缝,也没有人见过同时是死的和活的猫(有相当多的是快死的)。现在,我们骑虎难下,进退两难,哥本哈根的诅咒把我们缠住了。如果我们不鼓起勇气,做出最令人震惊的假设,就注定会被卡住。

如果波函数没有坍缩,它必须保持线性叠加。电子一定是左/右叠加的,但现实世界中从未观察到这种现象。

有一种幻想可以解除这种可恶的诅咒。虽然听起来真的很疯狂,但是我们很绝望。我们没什么可失去的。你失去的只是枷锁,但如果你赢得了全世界呢?

是啊!即使经过观察,电子仍然处于左/右叠加状态,而我们的世界只是叠加的一部分!当电子通过双缝时,处于叠加态的不仅仅是电子,还有我们整个世界!也就是说,当电子通过双缝时,出现了两个叠加的世界。在一个世界中,电子通过左边的狭缝,而在另一个世界中,电子通过右边!

波函数不需要“坍缩”来随机选择左或右。其实两种可能性都发生过!只是整个世界的叠加:生活在一个世界的人发现电子通过左边的狭缝,而在另一个世界,人们观察到的电子在右边!量子过程创造了“两个世界”!这就是量子理论的“多世界解释”(简称MWI)。

为了更好地了解MWI,我们必须向其创始人休学习,他有着传奇的一生。降三级(他的祖父和父亲也叫休·埃弗雷特,所以他实际上是“降三级”)。10月9日,1930,165438+爱因斯坦在《纽约时报》杂志上发表了他的著名文章《论科学与宗教》。他的名言还在我们耳边回响:“没有宗教的科学是瘸子,没有科学的宗教是瞎子。”两天后,小弗拉特在华盛顿出生。

弗莱特先生对爱因斯坦怀有深深的敬意。在他只有12岁的时候,他给普林斯顿的爱因斯坦写信,问了一些关于宇宙的问题,爱因斯坦真的回信回答了他。当他获得化学工程学士学位时,他也进入普林斯顿大学学习。起初他进入了数学系,但他很快就设法转到了物理系。20世纪50年代是量子理论方兴未艾的时期,哥本哈根诠释如火如荼,独霸天下。Flat先生在这个领域认识了很多物理学的学生,包括玻尔的助手Aage Peterson,他和他讨论了量子论中的观测问题,引起了Flat先生的极大兴趣。他很快就和约翰联系上了?惠勒,惠勒鼓励他在这方面思考。1954年,扁平先生向惠勒提交了两篇论文,多世界理论(有时称为“扁平先生主义——埃弗雷蒂主义”)首次出现。

按照Flat先生的说法,波函数从来不会坍缩,而是世界和观察者本身进入了一种叠加态。当电子穿过双缝,整个世界,包括我们自己,就变成了两个独立的叠加体。在每个世界中,电子都作为一种可能性出现。不幸的是,Flat先生使用了一个误导性和模糊的词“分裂”。他打了个比方,说宇宙就像变形虫。当电子穿过双缝时,蠕虫会自我分裂,繁殖成两个几乎一模一样的变形虫。唯一不同的是,一只虫子记得电子从左边通过,另一只虫子记得电子从右边通过。

惠勒可能已经意识到这个词不合适。他在纸的空白处写道:“拆分?最好能换个词。”但是大多数物理学家不知道他的观点。也许,惠勒应该让它更富有戏剧性,比如写“我想到了一个很棒的词,但空白太小,写不下来。”很长一段时间,Flat先生的理论被理解为:当电子穿过双缝时,宇宙神奇地“分裂”成两个独立的宇宙,其中一个电子穿过左边的缝,另一个则相反。这样,宇宙的历史就像一个岔路口。每次做一个观察,都会分支成几个路径,每个路径对应一个可能的结果。而每一个岔路口,在不断的观察下,又被进一步分割,直至无穷。但是每一条路都是真实的,只是彼此无法沟通。

假设我们观察双缝实验,发现电子已经通过了左边的缝。事实上,当我们观察那一刻,宇宙已经不知不觉地“分裂”成了几乎一模一样的两个。我们现在处于一个“左宇宙”,也有一个“右宇宙”,在这里我们会发现电子穿过了右狭缝,但除此之外一切都和我们的宇宙一模一样。你可能会问,“为什么我在左宇宙而不在右宇宙?”这种问题显然没有意义,因为在另一个宇宙,另一个你可能也会问“为什么我在右宇宙,而不是左宇宙?”观察者的位置已经不重要了,因为宇宙无论如何都会分裂,事实上“所有的结果”都会出现,量子过程产生的一切都可能对应一个对应的宇宙,但在大多数“蛮荒宇宙”中,没有智慧生物提问。

这样薛定谔的猫就不用担心生死了。只是宇宙分裂成了两个,一个有一只活猫,一个有一只死猫。对于活着的猫的宇宙来说,猫永远是活着的,不存在生死叠加的问题。对于死猫的宇宙来说,猫其实是在分裂的那一刻死去的。不要等人家打开盒子才“崩溃”,才能下定论。

自宇宙诞生以来,这样的分裂不计其数,其数量呈几何级数增长,很快就趋于无穷大。我们现在所处的宇宙只是其中之一,除此之外还有很多其他的宇宙。有些离我们很近,是最近才脱离家谱的,而那些从遥远的古代就和我们分道扬镳的宇宙,可能就大不相同了。也许在某个宇宙中,小行星没有撞击地球,恐龙依然统治着世界。在某个宇宙中,克娄巴特拉的鼻子短了一点,这并没有让凯撒和安东尼感到兴奋。那些反对历史决定论的“鼻子历史学家”,会对后来的发展感兴趣,看看是否真的存在历史蝴蝶效应。在某个宇宙中,格鲁希在滑铁卢没有迟到,希特勒在敦刻尔克之前没有下达停止进攻的命令。在更多的宇宙中,因为不合适的物理常数,根本没有生命和行星。

严格来说,历史上和未来可能发生的一切,其实都已经发生或者将要发生。只是他们在别的宇宙,和我们所处的这个宇宙没有物理接触。这些宇宙与我们的世界平行,彼此没有联系。根据奥卡姆剃刀原理,这些奇妙的宇宙对我们来说毫无意义。多世界理论有时被称为“平行宇宙”理论,就是因为这个原因。

宇宙的“分裂”其实应该算是一种误解,但是直到现在,大部分人,包括很多物理学家,还是这样理解平先生的!这样看来,这个理论似乎太过吹毛求疵。对于一个小电子是从左边还是右边通过的问题,我们要参与到整个宇宙的分裂中去!很多人对此的评价是“牛刀杀鸡”。爱因斯坦曾说:“我无法相信仅仅看一眼,一只老鼠就让宇宙发生了翻天覆地的变化。”这个说法本来是针对哥本哈根派的,但确实代表了很多人的想法:以牺牲宇宙为代价来迎合电子的随机选择,并不经济廉价,还产生了那么多不可观测的“平行宇宙”废物。MWI后来最积极的倡导者之一,德克萨斯大学的布莱斯?Bryce S. DeWitt描述了他第一次听说MWI的情况,他说:“我仍然清楚地记得当我第一次遇到多世界概念时的震惊。100稍有瑕疵的自复制壳不断分裂成更进一步的副本,最后面目全非。这种想法很难符合常理。这是彻底的精神分裂……”对于我们来说,接受“意识”可能比相信“宇宙的划分”更容易!

不难想象,在1957年,弗拉特的MWI作为博士论文发表后,尽管有惠勒的推荐和修改,它在物理学界仍然受到了冷遇。扁平曾经在1959飞到哥本哈根去见玻尔,但是玻尔不想讨论任何关于量子论的新解释,也不想对此发表评论,这让他心灰意冷。当然,作为玻尔,他一生都坚定地捍卫哥本哈根理论。对于其他一些1950年代兴起的解释,比如玻姆的隐函数理论(我们后面会讲到),他的评论是“就好像我们希望在未来证明2 × 2 = 5一样。”在他去世前的最后一次采访中,玻尔还在批判一些哲学家,声称:“他们不知道它(互补原理)是一种客观描述,而且是唯一可能的客观描述。”

由于受到冷落,弗拉特先生逐渐退出了物理学。他先是在国防部工作,后来成为著名的Lambda公司的创始人之一和董事长,这使他很快成为百万富翁。但他的观点——后来被称为“20世纪最深刻的秘密之一”——却长期被人们忽视。直到20世纪70年代,杜威重新发现了他的多世界解释,并在物理学家中大力推广,MWI才为人所知,并迅速成为热门话题之一。今天,这一解释拥有大量的支持者,它已经占据了哥本哈根解释之后的第二位,而且很可能后来居上。为此,扁平先生本人也曾打算回到物理世界做一些量子力学方面的研究工作,但不幸在1982年因心脏病突发去世。

在惠勒和德威特所在的德克萨斯大学,弗拉特先生是最受尊敬的人之一。当他被邀请去做一个关于量子理论的讲座时,他被特别允许吸烟,因为他是一个烟瘾很大的人。这是那个礼堂历史上唯一的例外。

在《上帝掷骰子吗——量子物理学史》中,作者也用了两页纸解释了MWI,我就不一一粘贴了。如果你感兴趣,你可以在网上找到这本书。尤其是关于这个理论的前因后果,看完会有相当全面的收获。