多元宇宙是否是量子力學唯一的合理解釋？

在過去的10年裡，物理學家們一直在研究一個不可思議的物理理論——多元宇宙，即存在無數個平行宇宙，並且宇宙還在不斷地分裂成更多的宇宙。

• 雙縫幹涉圖樣

平行宇宙的概念並不新鮮，在20世紀50年代以前，它主要存在於哲學和宗教領域。但在1957年，一場關於量子力學解釋的爭論導致了研究生休·埃弗雷特三世發表了關於這個令人震驚的想法的博士論文：如果我們從平行宇宙的角度來解釋量子力學，它可以得到更完整的解釋。他的論文幾乎沒有對物理學產生什麼影響，因為物理學正在慢慢地建立起對自然基本力的理解。論文發表後，埃弗雷特永遠離開了學術界。

然而，要理解這一論點的本質，我們需要回到更早的年代，回到20世紀20年代和30年代。在那個時候，阿爾伯特·愛因斯坦和尼爾斯·玻爾之間的爭論是關於量子不確定性是如何運作的，我們發現在任何量子實驗中，上帝似乎都在擲骰子來決定接下來會發生什麼。

玻爾提出了第一種解釋。他說，當作量子實驗的時候，比如把粒子射入勢壘的一對狹縫，粒子作為一個概率場存在，叫做波函數。當向勢壘發射粒子時，它就像一團概率雲在勢壘中傳播。只要你不測量它，它就會繼續以概率雲的形式存在，並與自身相互作用，像一個波一樣出現，顯示出像上圖那樣的幹涉圖樣。但一旦試圖找出粒子穿過的縫隙，波函數就會「崩潰」，就會得到一個答案準確的答案。粒子不再以「波」的狀態存在。這有時被稱為波粒二象性。它可以解釋我們生活在什麼樣的宇宙。

波函數崩潰的想法作為唯一的解釋持續了幾十年，但有一個問題。波函數崩潰不是量子物理的一部分。它是我們觀察到的外部事物，但並不存在於我們所擁有的任何數學模型中。

這並不是唯一的問題。波函數崩潰的另一個問題是，它是對宇宙中任何地方的任何一個人都崩潰，還是只對一個觀察實驗的人崩潰？這正是埃弗雷特的一位導師尤金·維格納在上世紀50年代研究的課題。他想知道波函數的崩潰是「客觀的」還是「主觀的」，是否需要一個有意識的人來引起崩潰？

埃弗雷特有不同的想法。如果波函數沒有崩潰呢？如果，相反地，當我們觀察結果時，看起來像波函數崩潰了，但真正發生的是不同版本的我們進入不同的現實呢？這樣解釋的好處是量子物理得以保留。波函數可以在多個宇宙中演化，隨著實驗的進行和不同結果的觀察，波函數會分裂，但從未真正被摧毀。這保存了一些對量子物理非常重要的東西——一種叫做「統一性」的東西，或者說是波函數中概率的保存。埃弗雷特認為，只有當波函數在實驗後完好無損地繼續存在時，宇宙的統一性才能得以保留，而這種情況只有在宇宙分裂時才會發生。

埃弗雷特的想法解決了量子物理學的另一個問題，愛因斯坦譴責這個問題是一個嚴重的缺陷。這個理論認為，當你測量一個粒子時，它會影響你對另一個粒子的測量，即使那個粒子離得很遠。在埃弗雷特的理論中，這種「鬼魅般的超距作用」可以解釋為不同宇宙之間的相互作用。因此，粒子本身可以留在它們所在的位置，而碰撞宇宙則負責處理這種詭異的現象。

那麼，如果這看起來很明顯，為什麼我們現在不都相信多元宇宙呢？近年來，許多物理學家開始接受多元宇宙是量子物理學唯一合理解釋的觀點。大衛·多伊奇、馬克斯·泰格馬克、布萊斯·德維特、肖恩·卡羅爾等人堅持認為，多元宇宙不能被認為是一種「解釋」。這只是生活在量子宇宙中的一個事實。

多元宇宙的哲學問題

如果有很多很多的我的副本都存在於不同的平行世界中，每個都有一個共同的過去，我如何擁有一個唯一的自我？如果有許多平行的未來和過去，世界的歷史和未來還重要嗎？如果所有可能的事情最終都會在某個宇宙中發生，我的行為重要嗎？另一方面，如果沒有多元宇宙為人擇原理提供答案，人類物種能存在嗎？這僅僅是創世記中創世故事的無神論版本，沒有更多的有力證據支持嗎？

從多元宇宙的觀點來看，所有可能的事情都會發生，即使是最不可能的。在太陽爆炸的地方會有多重宇宙。甚至是人們突然同時被傳送到外太空的地方。所有這一切似乎完全荒謬。

許多物理學家對如何解釋多元宇宙意見不一。有些人，比如史蒂芬·霍金，認為交替宇宙是不真實的，就像我最近考慮廣義相對論的流形一樣，是數學上的便利。換句話說，只有一個「真實的」宇宙，其他所有的宇宙都是「早該」存在的。沒有波函數崩潰。上帝擲了骰子，一個宇宙被提升為高於所有其他宇宙的真實宇宙。

量子貝葉斯主義者認為整個「宇宙」概念是一個騙局。量子結果不是基於上帝擲骰子。你認為是真實的東西很可能與我認為是真實的東西不同。這是字面意義上的，而不是比喻意義上的，因為實驗的結果對我和你來說可能是不同的。畢竟，你可以在實驗室裡觀察哪個粒子穿過狹縫，而我則把你當作概率雲來觀察。

第三種選擇就是我所說的簡化的多元宇宙解釋。這是基於微正則量子場論的，微正則量子場論是當今一個相當死氣沉沉的研究領域，但曾經是解釋量子引力的一個候選領域。在微正則量子物理中，多元宇宙有許多實相，但它們都遵循著彼此之間的邏輯，一個演化成另一個，所以荒謬可以被排除在外。

有一種解釋被實驗排除了，那就是尼爾·玻爾的波函數崩潰，也就是所謂的哥本哈根解釋。2018年，愛丁堡大學的研究人員展示了一個例子，一個人觀察另一個人做量子實驗，他們可能對現實有不同的看法。他們利用量子計算的魔力做到了這一點。在這個場景中，不同的「實驗者」用量子位來表示。研究人員讓他們以一種清楚地表明「客觀」波函數崩潰解釋的方式互動，即宇宙中每個人對量子實驗結果都有相同的解釋，這是完全錯誤的。你可以觀察哪個粒子穿過狹縫，而我把「你」看成是疊加的現實。現實是因人而異的。

許多現代物理學家接受多元宇宙。然而，儘管如此，科學家們仍然不明白當我們測量量子實驗室會發生什麼。

鑑於我們不知道該相信什麼，我只能告訴你，你不必相信多元宇宙。解釋它的科學還不存在。你可以相信其他宇宙是「不真實的」，或者你可以相信你自己是一個宇宙。如果你確實相信多元宇宙，你可能需要選擇你認同的解釋。我甚至不會講平行宇宙可能有完全不同的物理或數學。有一件事你不能相信，但仍然是科學的，那就是我們都有一個共同的客觀現實。我們都生活在略微不同的宇宙中。這不再是一個比喻。這是一個科學事實。

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