平行宇宙這麼不靠譜的理論,為什麼會成為主流的科學理論?

2020-08-19 科學之解密

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。

相關焦點

  • 平行宇宙這麼不靠譜的理論,為什麼會成為主流的科學理論?
    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。
  • 平行宇宙理論是科學還是民科
    科學想像、科學假設、科學理論,不是對著抽象名詞(尤其是還沒有得到觀測驗證的抽象概念)去展開想像、假設,而是對著「已知」去展開想像、展開假設。愛因斯坦就是對著邁克耳孫-莫雷實驗這個結果展開的假設,而其他科學家還對著「純粹想像中的以太」展開假設。成功與不成功的理論,都是有歷史真實案例做證明,這其實是一個科研方法論的問題。如何判斷一個思想、一個假說是有意義的?如何辨識民科?
  • 最浪漫的科學理論,無限的世界線,平行宇宙理論的由來及暢想
    最近文藝作品中關於平行宇宙的展現越來越多了。無論是早期李連杰主演的救世主,還是X戰警裡的改變未來,還是電影復仇者聯盟四終結中的回到過去,還是動漫《命運石之門》裡對世界線的展現,都對平行世界進行了暢想。那麼平行宇宙理論到底是怎麼一回事?為什麼會有平行宇宙?
  • 平行宇宙理論起源
    平行宇宙是最近這幾年非常熱門的一個概念,這幾年湧現出很多電影、電視劇都以平行宇宙的概念為題材,比如,2001年李連杰主演的電影《救世主》,2011年的《原始碼》,2014年阿湯哥的《明日邊緣》,同一年上映的廣受好評的小成本電影《彗星來了那一夜》,還有美劇《危機邊緣》,等等。概念雖然很熱,但是平行宇宙到底是什麼?它的科學性有多高?這個概念又是因為什麼樣的科學發現而產生的?
  • 什麼是平行宇宙?它真的存在麼?四層平行宇宙理論都是什麼?
    ,現在比較靠譜的平行宇宙的理論是根據泰格馬克的《穿越平行宇宙》這本書的描述,平行宇宙大概分為四層,那麼讓我們開始這次平行宇宙的旅行吧。其實很簡單,如果你在地球的赤道上你畫兩條平行線,理論上如果空間是平直的那麼平行線是永遠不可能相交的,但是如果空間是彎曲的,那麼就會像在地球上畫的平行線一樣最終會在極點相交,科學家只需要觀測遙遠星系的光,因為它們足夠遙遠,理論上空間只要有一點彎曲,那麼遙遠星系的兩條平行光線至少距離會變近,但是科學家們發現無論是遙遠星系的光還是宇宙微波背景輻射給出的觀測數據,都顯示宇宙是異乎尋常的平坦。
  • 什麼是平行宇宙?它真的存在麼?四層平行宇宙理論都是什麼?
    我知道尋常人看來這理論就是鬼扯,畢竟在很長的一段時間這都不可證偽,雖然我理解不了這個理論,但是量子力學的理論我也理解不了,而它就是真實存在的,也許在很多人看來這篇文章就像科幻小說一樣,但我一直都認為空間思維是一個很重要的能力,所以不論它存不存在,我相信這篇文章對於我們思考能力都有幫助,關於平行宇宙,現在比較靠譜的平行宇宙的理論是根據泰格馬克的《穿越平行宇宙》這本書的描述,平行宇宙大概分為四層,那麼讓我們開始這次平行宇宙的旅行吧
  • 「平行宇宙」理論是怎麼回事?
    這一理論由美國物理學家休·埃弗裡特(Hugh Everett)在20世紀50年代後期首先提出,在這個理論中,我們所在的宇宙只是眾多平行世界中的一個,這些平行世界每一納秒(nanosecond)都在分支散開,相互之間不會交叉也不會交流。六十年過去了,這一理論依然是人類歷史上最離奇但又完全合乎邏輯的構想之一,它直接源自量子力學的基本原理,並沒有引入其他無關的元素。
  • 科普:理論上,平行宇宙真的存在
    對大家來說可能這種事情不可思議,而現代科學告訴我們,平行宇宙在理論上是真的有可能存在的, 平行宇宙 現在我們知道宇宙的半徑為465億光年,也就是光行走465億年的距離,這個數值是我們現在可觀測的宇宙範圍,實際上宇宙要比這大的多,我們以465億光年為半徑畫一個球體就是我們現在所知道的宇宙,那如果我們在這個球體外再劃出一個相同大小的球體那算不算就是另一個宇宙,可以這麼理解,因為像離我們這麼遠的距離是相互沒有交集也沒有關係的。
  • 平行宇宙真的存在嗎?科學理論中的七種平行宇宙哪種真實存在?
    但其實跟很多科幻作品裡的科幻元素一樣,平行宇宙最早也是作為科學假說被提出來的。科學裡的非科學——多世界詮釋裡的平行宇宙我首次在正經的科普作品裡看到關於平行宇宙的描述是在曹天元的科普書《上帝擲骰子嗎?——量子物理史話》裡。這也許也是平行宇宙在科學上首次出現的地方吧。
  • 誰最先提出了平行宇宙理論?
    你是否曾經好奇過在宇宙的別處是否存在著其他形式的生命?會好奇「別處」有什麼或者在地球上的我們人類是否是宇宙中特別且僅有的是非常自然的。不過有的科學家早已不只是探討其他的生命形式了,他們立論表明在別處或許存在著一個和我們共存的其他宇宙。還有的科學家認為這樣的宇宙可能有無數多個,統稱為平行宇宙。平行宇宙真的存在嗎?
  • 平行宇宙:多世界理論?弦理論?
    由亞原子物理產生出的理論分支仍然只是理論。這讓物理學的衍生方式大致與心理學相似。每一個理論既受追隨又受批評,類似於卡爾榮格、阿爾伯特艾利斯和西格蒙德弗洛伊德提出的心理結構理論。自科學發展以來,物理學家開始逆向分析宇宙:研究各種觀測現象,將思路向更微觀的物理世界拓展。通過這種方式,物理學家正在一步步接近宇宙最終的、最基礎的層面。
  • 為什麼弦理論認為存在平行宇宙?
    儘管人類在地球上生存了幾十萬年,但我們從來沒有發現外星人,這引發了一個問題:人類在宇宙中是孤獨的嗎?從理論上來說,這似乎講不通,如此浩瀚的宇宙,怎麼會只有人類存在呢?那麼,弦與平行宇宙到底有什麼關係呢?科學家認為,這6個隱藏維度的每一種排列都創造了1個獨特的宇宙,捲曲維度存在著幾乎無限可能的排列,意味著有數量巨大的宇宙存在,而且這個數量每秒都在增加。
  • 為什麼弦理論認為存在平行宇宙?
    從理論上來說,這似乎講不通,如此浩瀚的宇宙,怎麼會只有人類存在呢?但試想另一種可能性,如果有非常多的宇宙同時存在,而人類隻身在其中一個宇宙,是不是就可以解釋我們的孤獨?這可能是「弦理論」試圖告訴我們的。事實上,原子由質子、中子和電子組成,它們很小,以至於1億個氫原子排列在一起才等於你指甲的寬度。
  • 在眾多平行宇宙理論中,量子平行宇宙無疑是最為可信和真實的
    我們都或多或少的聽說過平行宇宙理論,大意就是說除了我們所生存的這個宇宙空間之外,還有許許多多和我們的宇宙空間一樣的宇宙空間存在,其數量非常多,它們與我們一樣卻並不相交,這就是平行宇宙。關於平行宇宙,不同的科學家曾經給出過不同的猜想,在科幻作品之中也以不同的方式對平行宇宙加以描述。
  • 為什麼弦理論會吸引這麼多注意?它很有可能會成為終極理論
    科學家難以同外界說明為什麼弦論如此刺激:為什麼它有可能實現愛因斯坦對大統一理論的夢想,為什麼它有助於我們深入了解「宇宙為何存在」這樣深奧的問題。弦理論會吸引這麼多注意,大部分的原因是因為它很有可能會成為終極理論。
  • 二次元世界出現的「平行宇宙」世界觀,為什麼會這麼流行?
    現在越來越多的穿越系輕小說改編的日本動漫出現,我們越來越容易在動漫作品中聽到「平行宇宙」,或者「平行世界」這個詞眼,「平行宇宙」,到底說的是什麼?為什麼會在動漫作品中流行這種世界觀?何為「平行宇宙」?平行宇宙是一種假設,有理論基礎存在,但以目前的技術沒有被證實,也無法觀測。平行宇宙的概在物理上用於表達量子力學的不確定性。動漫裡為什麼用「平行宇宙」?平行宇宙論在現實世界只是一種假設,但在虛構的作品中就可以輕而易舉地成立,那麼平行宇宙論在虛構作品中成立,會帶來哪些好處呢?
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