在量子物理學中,數學結論下平行宇宙是存在的,但是物理理論下平行宇宙未必存在,同樣的事情經常發生在物理學中,例如廣義相對論可以解出蟲洞(白洞),但如果我們只發現了黑洞。數學經常能同時解出兩個解,甚至多個解,但大多數時候真理只有一個,只是我們暫時還沒有找到制約其他解的條件而已,這並不代表所有的數學解都會發生在物理世界。
波函數
平行宇宙是對最小尺度上的物質和能量的研究,源於量子力學,對構建我們的世界卻看不見的粒子運行方式的研究,是我們對任何事物最基本的知識。通過過去幾年的一系列實驗,我們一次又一次地證實了它的預言,使它成為不亞於愛因斯坦的廣義相對論的物理理論。
可視化模型體現了氫原子的波函數。電子更應該被看作是圍繞在原子核周圍的一團概率雲,而不是像傳統的圖像那樣在軌道上繞圈的單個粒子。
量子力學用波函數描述的量子的概率。事實上,量子物理學最初被稱為波動力學。你可以用波函數來確定不同結果的概率。粒子的每一個可能的結果都包含在波函數中,這些不同的可能性以波的方式相互幹擾。波的變化可以用薛丁格方程來預測。
理論只能描繪出波,但卻無法得到波中所有的、固有的可能性。量子力學最流行的兩種解釋是哥本哈根解釋和平行宇宙解釋。
哥本哈根學派對波函數的解釋——可分可合的宇宙
哥本哈根解釋說,波函數一定會崩潰,因為我們只經歷一種現實版本。也就是說,對於一個量子系統,我們只有一個確定的測量方法。波函數中包含的粒子有許多可能的結果,那麼為什麼我們只記錄一個結果呢?
根據哥本哈根的解釋,這是因為所有的可能性都導致了多個平行宇宙,但隨著波函數的坍縮,這些宇宙合併了,在我們的觀察中給出了一個明確的結果。現實分裂了,但最終又重新組合成一個宇宙。
在量子力學的數學,包括薛丁格方程,沒有一個地方需要波函數的坍縮。哥本哈根解釋說一個觀察者引起了波函數的崩潰,但是觀察者的描述仍然是模糊的。有生命是觀察者嗎?無生命的物體也能成為觀察者嗎?還是意識在其中起了作用?這種解釋也沒有回答坍縮時發生了什麼,或者平行宇宙和合併發生的頻率有多高的問題。有太多的問題沒有得到回答。
愛因斯坦認為一定還有什麼物理變化我們沒有研究透。薛丁格在20世紀50年代寫的一篇論文強調了他強烈反對波函數坍縮的觀點。任何觀察者都沒有理由幹涉一個物體的量子疊加。
哥派與平行宇宙的區別
在平行宇宙的解釋中,波函數的所有不同可能性會發生宇宙分裂,但是宇宙合併,也就是坍縮,則永遠不會發生。相反,你作為觀察者被整合到波函數中,就會分裂成多個鏡像實體,每個可能的結果都會被測量。
電子存在於自旋狀態的疊加中,它們同時自旋向上和向下。當測量時,「平行宇宙」解釋告訴我們兩個現實分開,在一個宇宙中,電子被測量為向上旋轉,在另一個宇宙中,它被測量為向下旋轉,這兩種可能性都實現了。按照哥本哈根的解釋,這兩種旋轉將創造出兩個分離的宇宙,但隨後又合併成一個宇宙。
哥本哈根解釋的電子自旋測量
平行宇宙解釋的電子自旋測量。每一個結果都會帶來一個新的宇宙。
數學結果
在平行宇宙的解釋中,宇宙之間不會發生相互作用。它們數量眾多,在宇宙中,每一個粒子的相互作用都會形成一個新的宇宙。這意味著平行宇宙數量巨大,大地對我們來說可能是無限的。每一個都發揮了物理定律所允許的所有可能性。正如一些科學家所說,這是一種誇張的理論。
然而這一切是量子力學的數學結果導致的多,並非物理理論的結論,最多算是默許。為了將大量平行宇宙縮小到只有一個宇宙,就像哥本哈根的解釋,新的數學理論必須加入到現有的量子物理數學中。而當量子力學理論被加入到我們的宇宙膨脹理論中,我們又得到了一個新的平行宇宙的解釋。
宇宙和大爆炸之後的快速增長時期
暴漲是引起大爆炸的機制。在大爆炸爆發形成我們今天所知的宇宙之後,又經歷了一次短暫的膨脹,在這期間,宇宙在不到一秒的時間內膨脹到巨大的尺寸。我們在宇宙結構中看到了暴漲的證據。在過去的40年裡,這個宇宙學理論已經被驗證,它的預測也被引力波,宇宙的形狀,以及密度和溫度的漲落所證實。
弦理論
弦理論是大統一理論中最有希望的候選者。它有望調和兩種相對論與量子理論,並通過微小弦的振動來解釋我們的整個宇宙。或許它是關於未來的理論,不過就目前來看它仍然是複雜的,基本的理論,但比任何其他理論都更有潛力。
弦理論的多個維度被摺疊成奇怪的形狀
弦理論所需要的條件更為複雜,需要在四維世界中再增加六個維度。在這些維度中有其他的地球,其他的宇宙。有些像我們這樣的,有些是陌生的,充滿敵意的,只是隱藏了起來,這感覺很像無法接觸到自己的全部。
黑暗之下的我
通俗來說就是:有時我會想到另一個我在外面,不管他們正在經歷什麼。而我仍然覺得自己是他們的一部分。在不同的宇宙的版本中,我擁有不同的一切,我買完一張彩票,就應該感到高興,因為必然有一個我會中獎。而我又該感到悲傷,因為大部分的我是不中獎的,但至少我的生活是豐富的。無數個我抓住了每一個機會,沒有錯過任何東西。在不確定的宇宙中,我已經用盡了一切可能來探索每一條路。