当一个人回到过去,是会改变未来还是创造一个新的世界?
许多穿越小说给了自己的假设,书迷们以为这是基于艺术的创作和想象,但在量子力学界,其实早就存在着类似的争论。
平行世界起源于微观尺度下的物理学。二十世纪初,物理学家创造并发展了量子力学来理解微观尺度下的世界。这个理论认为,微观世界的现实很模糊。微观粒子,如电子,不需要拥有特定的位置,它可以同时处于不同的位置。它们还可以同时拥有其他我们原本认为并不相容的性质。当粒子拥有这样的性质时,物理学家就说它们处于不同状态的叠加态。
1957年,物理学家休·埃弗雷特首次在他的博士论文中提出关于多世界的想法。数学告诉我们的是,当一个粒子处于A状态和B状态的叠加态,观察者的测量只能看到其中一种状态——宇宙在观测的那一刻“分叉”了,将所有可能性都变为现实,每个可能性存在于一个独立的平行宇宙中。
平行宇宙之间被认为无法相互作用,使得该理论在现有科学框架下既无法被证实,也无法被证伪。
科学理论中的平行宇宙通常差异微小,可能仅在于某个粒子的状态不同,并且物理定律相同。科幻作品中穿越交流的设定,目前被普遍认为无法实现。
在一项针对物理学家的调查中,多世界诠释的受欢迎程度目前排名第三,而更传统的“哥本哈根诠释”仍居首位。
如果说“多世界诠释”代表了平行宇宙理论,那“哥本哈根诠释”就代表了一个世界理论,是量子力学的主流和标准解释。
根据哥本哈根诠释,在量子力学里, 量子系统的量子状态,可以用波函数来描述,这是量子力学的一个关键特色。波函数是一个数学函数,专门用来计算粒子在某位置处于某种运动状态的概率。这个波函数不代表实体,而是包含了该系统所有可能状态的概率分布。
在测量之前,粒子处于所有可能状态的叠加态中,如同时处于位置A和位置B。一旦进行测量,波函数会瞬间随机“坍缩” 到一个确定的经典状态,要么在A,要么在B。这个坍缩过程是不可预测的,只遵循概率。
量子物体具有彼此互斥的不同性质,你无法同时精确测量它们,即海森堡不确定性原理。具体显示出哪一面,取决于你采用的测量方式。
因其简洁实用,哥本哈根诠释长期是量子力学的标准教科书解释,也是大多数物理学家在日常工作中默认使用的框架。
但也存在着根本争议,它最大的挑战在于未能清晰定义“测量”本身——为何宏观仪器的观察就能触发神秘的“坍缩”?这使得它显得有些不彻底。
而薛定谔的猫思想实验,其初衷是为了揭示并驳斥哥本哈根诠释的荒谬性。哥本哈根诠释在微观世界(原子)说得通,但将其逻辑直接外推到宏观世界(猫)时,会得出“一只既死又活的猫”这种在常识和经典物理中完全荒谬、不可想象的结论。
具有讽刺意味和深意的是,薛定谔的猫这个原本作为反例提出的思想实验,后来却成了大众理解量子叠加原理最著名的比喻。在今天的科普和教学中,它不再是作为哥本哈根诠释的“驳斥”,而是作为其一个必然推论和最生动的阐释被广泛使用。薛定谔的“驳斥”反而让对手的观点变得家喻户晓。
究竟世界只有一个,还是存在着无数的平等宇宙?两种观点还都没有得到证实,都处于理论阶段。