问题

学界里对平行宇宙是怎样的态度,有哪些关于平行宇宙的观点?其它"量子力学解释"是怎样的?

回答
学界对于平行宇宙的看法,可以说是一个充满想象力又夹杂着严谨推导的有趣领域。它并非一个统一的、板上钉钉的理论,而是多种不同解释和猜想交织在一起的图景。 总的来说,对平行宇宙的态度可以概括为:一种重要的理论探索方向,尽管缺乏直接证据,但其背后有着坚实的理论基础,并为理解量子力学等前沿科学提供了深刻的视角。

很多人会将平行宇宙与量子力学紧密联系起来,这确实不无道理。在微观世界里,量子力学的规律充满了“非直觉”的特性,而平行宇宙的概念,恰恰是解释这些特性的一种可能途径。

其中最广为人知,也最具争议的关于平行宇宙的观点,要数“多世界诠释”(ManyWorlds Interpretation, MWI)。这一理论最初由休·埃弗雷特三世(Hugh Everett III)提出,旨在解决量子力学中的一个核心难题:波函数坍缩。在量子力学中,一个微观粒子(比如电子)的“状态”通常不是一个确定的值,而是一个概率的叠加,也就是“波函数”。当我们进行测量时,这个波函数似乎会“坍缩”到某个特定的状态,比如电子的位置就变成了确定的。但问题在于,为什么会坍缩?坍缩到哪个状态?这个过程似乎是随机的,而且“测量”本身在理论中扮演了一个特殊的角色,这让许多物理学家感到不舒服,觉得不够“本质”。

埃弗雷特提出的“多世界诠释”提供了一个惊人的解答:波函数根本就没有坍缩。相反,每一次量子测量,或者说每一次量子事件发生导致不同可能性的出现时,宇宙本身就会分裂成无数个“平行宇宙”。在每一个宇宙中,一种可能性的结果被实现,而其他可能性则在其他的宇宙中实现。比如,如果一个电子有50%的概率在这里,50%的概率在那里,那么在测量的那一刻,宇宙就会分裂成两个,一个宇宙里的电子在这个位置,另一个宇宙里的电子在那个位置。对于我们观察者而言,我们只是“恰好”身处其中一个分支,感受到了这个特定的结果。

所以,根据多世界诠释,宇宙并非只有一个,而是存在着一个庞大到不可思议的“量子态集合”,每个集合代表一个独立的宇宙,它们之间相互平行,互不干扰。你现在读到这段文字,可能在另一个平行宇宙里,你选择了立即关掉它。

当然,除了多世界诠释,学界还有其他尝试解释量子力学奇异之处的“量子力学解释”,它们也间接地触及了平行宇宙的概念,尽管不一定直接承认“平行宇宙”的存在。

例如,“哥本哈根诠释”(Copenhagen Interpretation)是目前最主流、最被广泛接受的量子力学解释。它并不引入平行宇宙的概念,而是强调观察者的作用。根据哥本哈根诠释,在测量之前,粒子的状态是概率性的叠加,而测量行为本身导致了波函数坍缩,确立了粒子的某个确定状态。这里的关键在于“测量”和“观察”。谁是观察者?测量设备的出现是否就意味着观察?这方面有很多争论。哥本哈根诠释相对来说是更“实用”的解释,它能有效地预测实验结果,但在概念上,它留下了“测量问题”的困扰,即波函数为何以及如何坍缩。

还有一种叫做“德布罗意玻姆理论”(De BroglieBohm theory),也被称为“隐变量理论”或“导引波理论”。这个理论认为,粒子并非如哥本哈根诠释所说的那样是概率性的,而是始终拥有确定的位置和动量。它们的状态由一个“导引波”(pilot wave)来指导,这个导引波也遵循量子力学的方程。波函数在这里的作用更像是一种“向导”,它引导着粒子的运动。

德布罗意玻姆理论的好处是它没有波函数坍缩的问题,而且是确定性的,没有了哥本哈根诠释那种“随机性”的尴尬。然而,它的一个主要挑战在于,它似乎引入了“非局域性”的神秘联系。也就是说,一个粒子的状态似乎会瞬间影响到另一个遥远粒子的状态,即使它们之间没有明显的因果联系。

虽然德布罗意玻姆理论本身不直接提出平行宇宙,但它对于“确定性”的坚持,以及对波函数“指导”作用的描述,也为我们思考“可能的世界”提供了另一种角度。它表明,即使我们最终认为宇宙是确定性的,其表现形式也可能与我们直觉理解的大相径庭。

另外,还有一些更具推测性的概念,比如“景观”理论(Landscape),它源于弦理论。在弦理论的框架下,宇宙的许多基本常数(如粒子的质量、力的强度)并非固定不变,而是可以通过不同的“紧致化”方式(将高维度空间折叠起来的方式)来确定。弦理论预测,可能存在天文数字般的、不同的紧致化方式,每一种方式都对应着一个具有不同物理规律和常数的宇宙。如果这些“可能的宇宙”真的存在,它们之间就构成了某种意义上的平行宇宙。

总而言之,学界对平行宇宙的态度并非简单地接受或拒绝。它更多的是一种理论上的推演和探索。多世界诠释为理解量子力学中的一些难题提供了一个可能的解决路径,尽管其“宇宙分裂”的形象让许多人难以接受,也因为缺乏直接可检验的实验证据而备受争议。而哥本哈根诠释虽然主流,却在概念上留下了“测量问题”。德布罗意玻姆理论则提供了一个确定性的替代方案,但也面临着非局域性等问题。而弦理论的景观则将平行宇宙的概念置于更宏观的宇宙学框架下。

这些不同的观点,无论最终是否指向“平行宇宙”的存在,都反映了科学家们在试图用最深刻、最基础的理论来解释我们所处世界的本质。平行宇宙,在某种程度上,是人类好奇心和对宇宙深层规律不断追寻的一个浪漫而又充满挑战的侧影。

网友意见

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平行宇宙听起来那么神秘的名词,也难怪那么能吸引公众眼球...

先解释一下什么是平行宇宙。(其实平行宇宙非常简洁明了,含义明确。)

我在另一个答案里写到过的:

在量子力学里,量子态(在这里理解成概率波也无妨)必须严格地被按照薛定谔方程所规定的解演化。直到这里都还是一个确定的解,确定的量子态/概率波。直到这里,一切都那么美妙,一个方程就能预言一切,所有的过去和未来都尽在我们掌控之中。

但是,当我们对该系统做测量时,比如测量某个电子的位置,概率波就会立刻坍缩到某一点,量子态坍缩到该测量值对应的本征态。在现在的量子力学框架下,测量过程是唯一不满足薛定谔方程的过程,这种跳跃到到某个本征态的坍缩是随机的。

假如原量子态是由本征态1,2,3,...,n共n个本征态叠加而成的,那么这次测量之后,我们就有可能得到n个宇宙,是为平行宇宙。

换句话说,平行宇宙只能伴随着测量行为出现的。
没有测量的话,就没有平行宇宙,量子态的演化就是由薛定谔方程严格确定,可以被严格预言。

另外值得注意的一点是,测量是一个非常丑陋的物理概念。直到现在,我们都对【测量】不甚了解。一次测量开始的标志和结束的标志是什么,薛定谔方程从哪一刻起失效,又从哪一刻生效,这些问题都还没有答案。
Measurement Theory,有一拨物理学家是专门研究这个领域。

简单来说,平行宇宙是对“测量”行为的一种诠释。这是平行宇宙本来的含义。其作用就是用来诠释”测量-坍缩“过程的。

这个解释的优点是:薛定谔方程始终成立,波函数从不塌缩。平行宇宙诠释简化了量子力学——我们只需要薛定谔方程这一个基本方程就足够了。

缺点是:一个好的理论必须要能预测,能检测。这个什么都做不了的”平行宇宙“实际上永远都只能是一种YY而已。

这种不能预测任何东西的理论当然不能被称作主流理论。

主要研究方向是“平行宇宙”? 我还从没见到哪个教授会在自己主页上这么写。

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