摘要:当你早上站在早餐摊前犹豫选甜豆浆还是咸豆浆的时候?可能你自己都没意识到,就在你做出选择的瞬间,宇宙已经悄悄分了叉 —— 在另一个你看不见的平行时空里,有个和你长得一模一样的人,手里正拿着你没选的那杯豆浆。这不是科幻小说里的桥段,而是量子力学里一个正经到让无数物
当你早上站在早餐摊前犹豫选甜豆浆还是咸豆浆的时候?可能你自己都没意识到,就在你做出选择的瞬间,宇宙已经悄悄分了叉 —— 在另一个你看不见的平行时空里,有个和你长得一模一样的人,手里正拿着你没选的那杯豆浆。这不是科幻小说里的桥段,而是量子力学里一个正经到让无数物理学家争论了几十年的理论:平行宇宙。听起来玄乎对吧?但只要你耐着性子往下看,就会发现这背后藏着的,全是科学家们对 “我们到底生活在一个怎样的世界” 的“较真”!
故事得从 100 多年前说起,那时候的物理学家还觉得,整个宇宙就像一个精密的钟表,只要知道每个零件的位置和速度,就能算出未来所有事情的走向 —— 这就是经典物理学的思路,比如牛顿能算出地球绕太阳转的轨迹,爱因斯坦能算出引力怎么让光线弯曲,一切都精准得没话说。可就在大家以为快把宇宙的秘密摸透的时候,一个小问题难住了所有人:光到底是粒子还是波?
最早的时候,牛顿说光是粒子,能直线传播;后来有人发现光会像水波一样干涉,又说光是波。吵来吵去,直到 20 世纪初,爱因斯坦、普朗克、薛定谔这些大牛凑到一起研究,才发现原来光既可以是粒子,也可以是波 —— 这就是 “波粒二象性”。本来这事儿解决了不少难题,比如怎么解释光电效应,怎么理解原子发光,可新的麻烦马上就来了:在量子世界里,一切都变得 “不确定” 了。
就拿一个电子来说,在经典物理学里,我们能精确算出它在某个时间点的位置和速度,就像算火车几点到车站一样。但在量子世界里,你根本做不到 —— 你只能说这个电子有 25% 的概率在桌子上,50% 的概率在椅子上,剩下 25% 的概率在窗户边,至于它到底在哪儿,得等你去看了才知道。物理学家给这种 “所有可能状态的概率总和” 起了个名字,叫 “波函数”。
那问题就来了:没看的时候,电子到底处于什么状态?是同时在桌子、椅子、窗户边吗?1927 年,尼尔斯・玻尔和海森堡这两位物理学家提出了一个解释,叫 “哥本哈根诠释”。他们说,在你没观测的时候,电子确实处于所有可能状态的叠加里,可一旦你去看它 —— 也就是 “观测” 这个动作发生的瞬间,波函数会 “唰” 地一下坍缩,所有概率都消失,只留下一个确定的结果,比如电子最终就在桌子上。
这个说法让爱因斯坦特别不服气。他觉得宇宙不可能这么 “任性”,凭什么观测者看一眼,就能决定粒子的状态?于是他跟玻尔吵了好多年,还留下了一句特别有名的话:“上帝不掷骰子。” 意思就是,宇宙的规律应该是确定的,不是靠概率瞎猜的。
薛定谔也觉得哥本哈根诠释太荒唐了,为了讽刺这个理论,他在 1935 年想了一个思想实验,就是后来家喻户晓的 “薛定谔的猫”。
他说,假如把一只猫放进一个密闭的盒子里,盒子里再放一小块放射性物质、一个探测器和一瓶毒药。放射性物质有 50% 的概率在一小时内衰变,如果衰变了,探测器会检测到,然后触发机关打破毒药瓶,猫就会死;如果没衰变,毒药瓶没事,猫就活着。
按照哥本哈根诠释,在你没打开盒子观测之前,放射性物质处于 “衰变” 和 “没衰变” 的叠加态,那这只猫岂不是也处于 “死” 和 “活” 的叠加态?一只猫怎么可能同时是死的又是活的?薛定谔想用这个看起来很荒谬的例子,说明哥本哈根诠释在宏观世界里根本站不住脚。
可这场争论吵了十几年,也没吵出个结果。直到 1957 年,一个 27 岁的美国年轻人站了出来,提出了一个彻底颠覆所有人认知的想法。这个年轻人叫休・埃弗雷特,当时还是普林斯顿大学的研究生。他说:“说不定波函数从来就没坍缩过?”
埃弗雷特的想法是这样的:当电子面临 “向左走” 还是 “向右走” 的选择时,宇宙不会让波函数坍缩成其中一个结果,而是会直接 “分叉”—— 变成两个完全独立的平行宇宙。在第一个宇宙里,电子向左走,所有跟这个选择相关的事情都按这个方向发展;在第二个宇宙里,电子向右走,剩下的事情也跟着这个方向走。这两个宇宙一旦分开,就再也不会有任何交集,就像两条永远不会重合的平行线。
这就是 “多世界诠释”,也是我们现在说的平行宇宙理论的核心。你可别觉得这只是针对电子这种小粒子,埃弗雷特说,宇宙里所有的量子事件都会引发分叉 —— 小到一个原子要不要振动,中到你今天出门要不要带伞,大到一颗恒星会不会爆炸,每一次选择、每一个微小的量子变化,都会让宇宙分裂出一个新的分支。
这么算下来,现在的宇宙里已经有无数个平行时空了。在有的时空里,你可能因为小时候多报了一个画画班,现在成了画家;在有的时空里,你可能当初选了另一个专业,现在在做完全不同的工作;甚至在有的时空里,恐龙可能没灭绝,人类根本没机会成为地球的主宰。而我们每个人的意识,就像坐在一艘只能往前开的小船里,顺着其中一条宇宙分支一直漂,永远没法跳到另一条分支去看看另一个 “自己”。
可这个理论有个大漏洞:如果宇宙真的在不停分叉,那为什么我们每次观测到的结果都是唯一的?比如看薛定谔的猫,我们打开盒子,要么看到活猫,要么看到死猫,从来没见过 “又死又活” 的猫。这个问题困扰了多世界诠释几十年,直到 20 世纪 70 年代,“退相干理论” 的出现才把这个漏洞补上。
退相干理论说的是,任何一个量子系统都不可能完全孤立,它一定会跟周围的环境发生 “纠缠”。比如那个处于叠加态的电子,它会和空气中的分子、路过的光子、甚至盒子里的灰尘粒子发生相互作用,这些相互作用就像一把 “剪刀”,把电子其他的可能性都剪掉了。举个例子,就像你在嘈杂的菜市场里说话,你的声音会被周围的叫卖声、自行车铃声盖过去,最后别人只能听到一点点模糊的声音。量子系统的叠加态也是这样,在和环境纠缠的过程中,其他的可能性会被 “环境噪音” 掩盖,最后只剩下一个确定的结果,从我们的视角看,就像波函数坍缩了一样。
有了退相干理论的补充,多世界诠释越来越被物理学家认可。甚至有人说,量子计算机的出现,就是平行宇宙存在的间接证据。你可能知道,普通计算机是用 “比特” 来存储信息的,每个比特要么是 0,要么是 1,一次只能处理一个任务。但量子计算机用的是 “量子比特”,它能同时处于 0 和 1 的叠加态 —— 也就是说,一个量子比特能同时处理 0 和 1 两种情况,10 个量子比特就能同时处理 2 的 10 次方,也就是 1024 种情况,计算速度比普通计算机快好几个数量级。
为什么量子比特能做到这一点?有不少学者认为,其实量子计算机并没有 “同时处理” 这么多任务,而是把这些任务分配到了不同的平行宇宙里 —— 每个平行宇宙里的量子计算机处理其中一种情况,最后再把所有平行宇宙的结果汇总到我们这个宇宙里。就像很多人一起分工干活,最后把结果拼起来,效率自然就高了。虽然这个说法还没被完全证实,但确实给平行宇宙理论提供了一个很有意思的支撑。
如果平行宇宙真的存在,宇宙还在不停分叉,那是不是意味着我们永远不会真正死亡?这就引出了一个更疯狂的想法 ——“量子永生”。你可以想象一下,假如你走在路上,突然遇到一场车祸,按照多世界诠释,宇宙会在这里分成两个分支:一个分支里,你幸运地躲开了,活了下来;另一个分支里,你没躲开,失去了生命。
量子永生的支持者说,你的意识只会沿着 “活着” 的那个分支继续走下去。因为在 “死亡” 的那个分支里,你的意识已经消失了,根本没法体验 “死亡” 这个过程;而在 “活着” 的分支里,你的意识还在,所以你永远只能感受到自己 “活下来” 的结果。
哪怕是遇到再危险的情况,比如飞机失事、重病缠身,宇宙都会分叉出一个 “你活下来” 的分支,你的意识就会在那个分支里继续存在。
据说多世界诠释的提出者埃弗雷特自己就特别相信量子永生,他觉得自己永远不会真正死去。当然,这个说法早就超出了物理学的范畴,更像是一种哲学思辨 —— 毕竟我们没法验证另一个平行宇宙里的事情,也没法证明 “意识只能在存活的分支里存在”。
但它确实给了我们一个特别震撼的视角:那些你以为的 “侥幸”,比如考试差一分及格却刚好老师改卷松了点,比如过马路时差点被车撞却刚好有人拉了你一把,说不定不是运气好,而是在无数个平行宇宙里,你刚好走到了那条 “活下来”“成功” 的分支上。
不过话说回来,不管平行宇宙是否真的存在,我们能感受到的、能把握的,只有当下这个宇宙里的生活。就算有另一个 “自己” 在别的时空过着完全不同的人生,那也跟现在的你没关系。与其纠结于那些看不见的平行时空,不如把精力放在眼前的选择上 —— 毕竟你现在做的每一个决定,都在塑造着属于你自己的、独一无二的人生轨迹。
来源:田田说科学