平行宇宙只是科幻小说吗?

你有没有想过几个平行世界的可能性?如果有一个你的二重身生活在平行维度的某个地方，他的生活与你的生活略有不同，但却令人毛骨悚然，那该怎么办?如果有一个地球2.0呢?虽然这个话题是大量科幻电影和电视剧的基础，但事实上，量子物理学的多世界理论是有可能成为现实的……

世界的量子图景充其量是令人困惑的。经典物理学(即牛顿物理学)支配着日常物体的许多自然规律，而量子力学可以用来精确地预测物体在更小尺度上的行为——小到原子的尺度。在量子力学中，电子和其他亚原子粒子不再存在于特定时间的特定地点，而是存在于概率的海洋中。量子力学解释了一些小粒子的奇怪现象，比如波粒二象性。

量子世界的传统解释是在20世纪20年代由物理学家玻尔和海森堡提出的。这种解释，也被称为“哥本哈根解释”，解释了一个粒子如何不存在于一种状态或另一种状态，而实际上同时存在于所有可能的状态。只有当我们观察这个粒子时它才能有效地选择这些可能状态中的一个，这就是我们观察到的状态。这种量子力学的观点解释了我们生活在一个单一的宇宙中，在这个宇宙中，经典力学定律本质上是有一些例外的。尽管这是物理学家们几十年来一直在学习的理论，但《新科学家》杂志最近的一篇文章表明，物理学家们对量子世界的样子仍然存在相当大的分歧。许多物理学家不赞成哥本哈根解释，转而寻求其他解释。

你可能听说过一个著名的理论实验，与薛定谔的猫有关。事实上，这个著名的实验是由物理学家薛定谔提出的，他的方程构成了传统量子力学理论的基本基础。薛定谔方程完美地预测了量子力学实验的结果。但他的薛定谔猫实验可以被认为是反对哥本哈根解释本身。薛定谔想到把一只猫、一些放射性物质和一个盖革计数器放在一个密封的盒子里。(请记住，这只是一个思想实验，没有猫受到伤害。)盖革计数器——一种检测放射性的仪器——将被设计成触发一种能杀死猫的酸的溢出。这里要提到的一件重要的事情是，触发盖革计数器并最终杀死猫的放射性衰变本质上是随机的，所以猫的命运是不可知的。猫被密封在盒子里，如果不打开盒子观察，就不可能知道它是死是活。在进行这样的观察之前，我们可以说猫同时处于生与死的状态。

这又回到了量子世界的传统(哥本哈根)解释，它解释了一个粒子有效地同时存在于所有状态中——被称为量子叠加原理——直到它被观察到并坍缩成单一状态(见图1)。尽管一些人认为薛定谔的猫实验证明了他对哥本哈根图景的信念，其他人则认为他的全部观点是量子叠加是不可能的——猫怎么可能同时是活的和死的?一些物理学家认为这是薛定谔对哥本哈根解释固有缺陷的解释。当然，这只是导致物理学家开始考虑量子世界替代理论的原因中的一滴水。

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图1所示。量子叠加原理表明，一个物体同时存在于所有可能的状态。波函数，或所有这些可能状态的总和，在观察时坍缩成一个单一的状态。

量子力学的另一种流行理论是多交互世界解释，这是霍华德·怀斯曼和他的同事在2014年提出的。自20世纪50年代以来，平行世界的想法就一直存在，由休·埃弗雷特(Hugh Everett)和大卫·多伊奇(David Deutsch)等物理学家提出假设，但这个新提议使多元宇宙理论更有可能。怀斯曼的观点是，存在着数量巨大但数量有限的普通平行世界，而正是这些世界之间的轻微相互作用或碰撞，解释了量子力学的奇怪现象。对他有利的是，他的团队似乎有数学证明和可重复的结果，包括著名的双缝实验。到目前为止，这个理论还不能解释所有的量子效应，尤其是一种被称为状态纠缠的现象，但它被许多物理学家认为是一个有趣的提议。怀斯曼甚至还推测出两个世界之间存在交流的可能性。

如果没有别的，这个理论至少有望简化复杂的量子预测。对于哲学家来说，多世界理论是令人不安的——它可能意味着在不同的时间线上有无数个版本的我们自己。它也引发了很多关于自由意志的争论;如果所有可能的选择都在另一个世界中执行，那么我们真的有自由意志吗，或者我们在自己的时间线中的道路只是预先确定的?虽然目前科学家还不太可能制造出允许我们在平行维度之间旅行的运输设备，但有了这个新提议，物理学家似乎有了一些空间，可以为量子世界提出一个完整的替代理论。它甚至可能是一个大多数物理学家最终都能接受的理论。