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量子力学:多宇宙理论解释下的神秘粒子与观测的宇宙分裂

2024-08-28科学

20世纪科学的巨大突破无疑是量子力学,这在很大程度上催化了第三次科技革命的发展。其中一些量子概念已深植人心,像是我们所熟知的量子纠缠和量子叠加,这些理论挑战了传统的常识。

这种情况也带来了一些误解,实际上,你所知的许多量子理论都源于哥本哈根学派的解释。量子力学主要研究的是电子这样的亚原子级别的微观世界。在这个世界中,传统的牛顿力学不再适用,因此必须有新的理论来解释这些新现象。

量子力学的一个核心概念是客观现实,例如量子叠加状态。以光子为例,如果没有精密仪器的干预,光子就同时表现出粒子和波动的特性,这就是波粒二象性的表现。不对光子进行观测,其波动性和粒子性似乎并存。但一旦进行观测,光子的状态似乎在「一瞬间」从双重性变为单一的粒子状态,波动性似乎消失了。这种现象在宏观世界的表现就是薛定谔的猫,这实在令人难以置信。

实际上,围绕量子力学有许多不同的学派,其中最著名的是哥本哈根学派对量子叠加的解释。但许多科学家仍对此表示怀疑。

于是,诞生了新的学派来解释量子力学中的这些奇异现象。其中一个较为知名的是多宇宙理论。该理论认为,量子叠加并不是神秘莫测的,如果我们不观察光子,它就存在于一个完整的宇宙中。而一旦进行测量,似乎光子的波动性就消失了。实际上,我们的观测行为会导致这个粒子在无数个宇宙中分裂,每个宇宙展现出粒子的不同状态。在某些宇宙中,光子表现为粒子,在其他宇宙中则只显示波动性。没有观测行为时,光子的叠加状态依然存在。观测导致了测量的坍缩和宇宙的分裂。

然而,当多宇宙理论被提到爱因斯坦面前时,他对此表示了尖锐的批评。爱因斯坦曾讥讽道:「难道仅仅因为我多看了耗子一眼,就导致了宇宙的剧烈分裂吗?」在他看来,这种理论是荒谬的,违反了他所坚持的定域实在论。尽管如此,多宇宙理论在爱因斯坦去世后又一次被提出讨论。

不过,这一理论有一个重要的优点:它使得量子叠加态的解释不再仅限于测量坍缩的束缚中。