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量子「多宇宙」解釋——另一個宇宙中的你,會過著怎樣的人生?

2024-07-16科學
「天下之物,無不成之於難,而敗之於易。」——【老子】

量子力學,物理學中的瑰寶,以其深邃的理論和奇妙的現象揭示了微觀世界的神秘面紗。它不僅徹底改變了我們對宇宙的理解,還引發了無數關於現實本質的哲學爭論。在這些爭論中,「多宇宙解釋」以其大膽和激進的觀點,尤其引人註目。它提出一個令人難以置信的設想:每一個量子事件都會導致宇宙的分裂,產生無數個平行宇宙。你能想象嗎?在某個平行宇宙中,或許你正在過著截然不同的人生。

量子力學的誕生與基礎

量子力學的誕生可追溯至20世紀初,當時的物理學家們努力理解原子和亞原子粒子的行為。1926年,馬克思·玻恩發表了【Zur Quantenmechanik der Stoßvorgänge】(【碰撞過程的量子力學】),其中提出了「概率解釋」。玻恩的工作與尼爾斯·玻爾的「哥本哈根解釋」密切相關,他們共同推動了量子力學的基本原理。

在玻恩的理論中,「波函數」是描述粒子在空間中的概率分布的數學物件。波爾則進一步提出,當測量發生時,波函數會「塌縮」,即粒子的狀態從多種可能性中選擇一種實際結果。這一過程引發了許多對現實和概率的深思。玻恩的論文發表後,成為量子力學的基石,影響了後來的許多物理學家。

波函數的概念源於薛定諤方程式,這是一種描述量子系統演化的基本方程式。波函數塌縮則是量子測量問題的核心,解釋了為什麽在測量時,量子系統會從疊加態變為確定態。

「哥本哈根解釋」的爭議

盡管「哥本哈根解釋」在學術界占據主導地位,但它並非沒有爭議。著名的物理學家愛因斯坦和薛定諤都對這種解釋持懷疑態度。1935年,愛因斯坦與普度斯基、羅森共同提出了著名的EPR佯謬,質疑量子力學的完備性。EPR佯謬指出,如果量子力學是正確的,那麽就存在某種「幽靈般的遠距作用」,這與愛因斯坦的相對論相矛盾。

愛因斯坦的名言「上帝不擲骰子」表達了他對量子力學隨機性的反感,而薛定諤透過他1935年提出的「薛定諤的貓」思想實驗,試圖揭示波函數塌縮的荒謬性。薛定諤的實驗中,一只貓既是生的又是死的,直到觀察者開啟盒子,這種不確定性讓許多人難以接受,促使科學家們尋找替代解釋。

1956年,年輕的物理學家休·艾弗萊特在普林斯頓大學提出了一種大膽的新解釋,即「多宇宙解釋」。1957年,他在博士論文【「相對狀態」公式的量子力學】中詳細闡述了這一觀點。按照艾弗萊特的理論,每次量子測量都會導致宇宙的分裂,產生多個平行世界。換句話說,所有可能的量子狀態都在某個宇宙中真實存在。

艾弗萊特的理論不僅挑戰了「哥本哈根解釋」的核心概念,還引發了關於現實本質的新一輪討論。盡管這一觀點在當時未被廣泛接受,但它為未來的量子理論研究提供了新的方向。艾弗萊特的導師約翰·惠勒是少數支持他的理論的科學家之一,惠勒的支持為多宇宙解釋贏得了更多關註。

多宇宙解釋基於量子疊加原理,即一個系統可以同時處於多個狀態。艾弗萊特提出的「多世界」假說認為,每次量子事件都會導致宇宙的分裂,產生無數個平行宇宙。這一理論雖然難以驗證,但在數學上具有一致性。

艾弗萊特的多宇宙解釋雖然在當時未被廣泛接受,但隨著時間的推移,越來越多的科學家開始關註這一理論。物理學家大衛·多伊奇在1985年的論文【Quantum theory, the Church-Turing principle and the universal quantum computer】中,將多宇宙解釋套用於量子電腦的原理。

多伊奇的工作表明,量子電腦利用量子疊加和纏結的特性,可以在多個平行宇宙中同時進行計算,從而大大提升計算速度和能力。1998年,物理學家塞斯·勞艾德在【Science】期刊上發表了關於量子電腦理論的文章,進一步證明了量子電腦的可行性。

量子電腦基於量子位元(qubits),這些位元可以同時處於0和1狀態,這一特性源於量子疊加原理。透過量子纏結,多個量子位元可以互相影響,使得量子電腦能夠同時進行大量平行計算。

由於我們無法與其他平行宇宙通訊或進行實驗證明,這一理論的驗證一直是個難題。盡管如此,量子電腦的成功或許能夠間接證明多宇宙的存在。例如,2019年,谷歌的量子電腦Sycamore在200秒內完成了傳統電腦需要1萬年才能完成的任務,這被視為量子計算的重大突破。

回歸到「另一個宇宙中的你」這一主題,多宇宙解釋帶給我們無限的想象空間和對個人存在意義的深思。量子力學不僅為我們揭示了微觀世界的奇妙,還引發了關於現實和哲學的深刻討論。無論多宇宙解釋最終能否被證實,它都鼓勵我們不斷探索未知,擁抱無限的可能性。