多宇宙真实存在吗？
文摘
科学
2024-02-19 00:06
陕西
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多宇宙又叫多元宇宙，其中的某些宇宙之间相互为平行世界。多宇宙描述了类似“葡萄藤——葡萄串”样式的宇宙模型，我们的宇宙只是这其中的一颗小小的葡萄，这场景颇有种脑洞大开的感觉。正因此，人们对其关注度和喜爱度都比较高，光是以
“平行世界”作为素材的影视作品就非常多。茶余饭后，我们也偶有幻想，是否在另世会有一个不一样的我。但是要严格一点从物理学角度谈多宇宙模型，它是不是跟咱们想象的一样，就是一个存在着的无数多个世界——每个世界里都有一个自己，大差不差的做的相同的事，又或者因为选择的不同在身份地位上截然不同……当然没有这么简单！多宇宙模型其实有着比较严谨的理论推导过程，这个过程和量子力学内容紧密相关。它实际上是由量子力学现象引发的一系列思考，是的，正是小宇宙在描绘大宇宙的宏伟蓝图。如果要简单形容一下这个宇宙模型，我想，它即靠谱又荒诞。靠谱是因为多宇宙不是江湖传言，它有比较严格的一套理论推导过程，简化了量子力学疑难问题，符合奥卡姆剃刀原理；而荒诞感则来源于为了迎合多宇宙场景，这需要花费的代价太大，如此庞大的物质基础来源问题等等。首先，让我们来聊聊为什么靠谱。这个就要从量子力学入门实验开始说起——双缝干涉实验（委实难以绕开，但保证极简易懂）我们知道，光既像波又像粒子，有时候展示波的属性，有时候展示粒子的属性。各自都有其支持的实验和证据。![]()
光的双缝干涉实验，简单说就是让光通过带有两条缝隙的板子，通过观察光在板子后面屏幕上的成像，分析光的各种性质。实验者让一个光子投去双缝板（用熏黑的玻璃极大限度地降低了光源的亮度，直到理论上在光源与屏幕之间任意时刻最多只有一个光子经过），然后利用照相机的感光胶片超长时间的曝光，记录下经过双缝的光。按照粒子属性，如果光是微粒，那么屏幕上应该是和双缝对应的两条细线，但令人意外的是，即使光子一个个地通过双缝，最后曝光的照片里（和单缝实验一样）依然出现了明暗条纹。我们后来知道，这是光子自己跟自己干涉的结果，当然既然是干涉，这体现的就是光的波动性。那么，问题是，为什么在大多数时候都表现出粒子性（如反射、折射），而在双（单）缝干涉实验中体现出波动性呢？为此，人们加强了双缝干涉实验，一探究竟。![]()
科学家在双缝后加了一个观测仪器，看看光子到底从哪条缝过来的。可是，人们发现一旦增加这样的装置之后，不会再形成之前的干涉条纹，实验就只能观测到光子一个个分别通过左缝、右缝、左缝、右缝……显示出的是两个单缝图样的总和。总结一下：不加装探测装置观测的时候，光子表现出波的特性，而一旦加装探测装置光子就表现出粒子性。这是一个挺奇怪的现象吧，不仅奇怪，甚至诡异。经典物理中，实验现象从不依赖观察，但是这里，观测起的作用不可忽视，甚至是决定性的，这和我们的常识严重不符。
用哥本哈根诠释来解释，这个过程可以被描述为波函数的坍缩，即，量子可以用波函数的方式来描述，观测之前，处于各种态的叠加态，当观测发生的时候，量子的波函数坍缩，以概率波存在的光子坍缩至具体某处，从而表现为粒子态。但是对这里的细节，波函数坍缩的整个过程中，出现了很多只有在量子力学领域出现的新词，比如，叠加、坍缩。在经典世界中，我们从来不用这个词。其实对这个问题，我觉得只要是个正常人，都不太能理解。叠加态叠加的是什么？其实本质上是一种概率，是量子在未被观测之前的分布。就好像，上课铃声快响了，同桌还没有来，那他要么会迟一点来，要么可能就不来了，越是临近上课铃响，他不来的概率就越高。但是这样形容还是差点意思，因为我们知道，同桌到底来不来，这件事其实已经确定了，只是我们不知道而已。可量子世界里的不知道、大概、也许，是真的不知道、大概、也许。于是我优化了一个比方，风暴英雄或者星际争霸里的扎加拉，都玩过吧，没玩过也没关系。时空枢纽里扎加拉的大招是全图筑巢，钻进去以后，可以从任何一个口出来。那么，在扎加拉出来之前，它到底在哪里？此时，它便处在若干洞口的概率叠加态，将来出现在哪儿都有可能，具体位置，只能在它出洞以后才知道。坍缩这个词，其实非常恰如其分，如果想在中文词库中再找出第二个词来形容这个过程，还真是有点困难。它描述一件瞬间发生的动作——当量子处于叠加态的时候，这给我们的感觉是一种不确定性，而观察、观测发生的时候，量子马上坍缩到一个具体的位置，显示出确定性。这里，描述量子不确定状态的就是波函数，而由不确定到确定的过程，就是坍缩。观测的发生，就意味着波函数的坍缩。同桌在走进教室的一刻其波函数坍缩，走出巢穴的扎加拉亦是如此。![]()
以上，就是大致的哥本哈根解释的内容。但是，哥本哈根诠释也只是众多解释中的一种，它和其他理论在说明量子力学现象这件事上，没有绝对的对错之别。这就和看魔术和解谜魔术之间的关系类似——解谜可以有很多方式，有的解谜方式甚至还可能比魔术表演本身更加简单，但最优的解谜方式不一定等于表演过程。而目前看来哥本哈根诠释解释的最好、认可度最高，但是，量子力学本身是否完全等同于哥本哈根诠释，这个问题可能需要保留，即便正统不过的哥本诠释，仍然要面对一堆麻烦事。刚才提几个词，观察、观测、叠加、坍缩……大家应该也能体会到其令人头疼的地方。什么是观察——人的观察是观察，动物观察是不是观察，机器人观察又是不是观察？叠加，什么是叠加？薛定谔的猫到底是生是死，什么叫既生又死……由此展开，就会又涉及诸如“什么是意识”之类的哲学问题，好像要是不对意识做个严格定义——为什么人有猫没有，这哥本解释还就不通顺、不丝滑了。![]()
那好，既然这么麻烦，有没有什么办法可以绕开这些？物理学要做的事本就是尽其所能、简化问题。如果有什么方法可以规避掉观测、叠加、坍缩所带来的问题，这是物理学不会排斥的。不叠加行不行？不坍缩行不行？不要观察者成分行不行？行不行呢？理论上，好像还真的可以。出乎意料的物理理论往往来源于大胆的设想——不叠加，那么就意味着两个态可以都发生；不坍缩，则意味着光子其实即走了左侧，又走了右侧。但是稍微等一下，怎么既走左侧又走右侧呢？毕竟双缝实验中观测坍缩了波函数后，人只观察到穿过一条缝的光子。人们大胆假设，这一切如果真实发生，其实就意味着世界分叉了，你能看到光子确实从左边缝隙里出来，是因为能看到光子从右边缝隙出来的世界已经与你分叉，两个你就这样分开，但是你自己只能身处其中一个世界，分开的两个世界，互不干涉、互不影响。如此一来，观察者的麻烦也就解决了，因为从头到尾就不需要任何观测，任何意识因素的参与。那这样，这个模型一出来，不就是多宇宙模型么？它好像一下把数学上的问题、物理里的问题都给解决了。这也符合奥卡姆剃刀原理，简洁、美观。于是，之所以说多宇宙模型靠谱就是基于以上原因。但是为什么又说不靠谱呢？再细细品味，多宇宙模型是打消了人的所有疑虑吗？——是，观察的问题、坍缩的问题没有了，但是一下多出来这么多宇宙，我们又只是这么多宇宙中的一个，想想也觉得哪里不对劲吧。蜘蛛侠们到底谁才是真的？这问题，好哲学。并且，好好的世界要分裂，那么什么情况下才分裂？这尽然是量子选择，比如双缝干涉实验中，量子的不同路径，导致宇宙的分裂。每次有一个量子选择，世界就分叉一次。观察者在这个模型中，是作为波函数里的一部分，也就是说，我们本身也是以一种参数参与到世界的运动中，我之所谓是现在的我，其原因和量子选择的关系很大，这种感觉着实充满荒谬感。所以有一句话总结的特别到位：多世界是量子力学所有诠释中，能够以最少假设获得“正统”理论全部预言的一种假设。但是这宇宙的确是太贵了。
