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我和其他的一切东西都可能在这些无数的宇宙中存在着无数的副本,平行宇宙真的存在吗
2020-04-25 01:37

大约将近十年前的某一天,一位写小说的朋友特地请我吃饭,说要请教个事儿。然后餐桌上我正好一口食物吞到一半,她问了一个差点噎住我的问题,就是“对于有没有灵魂,科学界到底有没有确切的说法?”我记得当时自己一本正经地回答说,科学家没有观察到任何灵魂存在的证据,也没有提出过任何这方面的值得探讨的理论,换而言之,本人是不认为有灵魂存在的。她的眼神,在那一瞬间非常非常地悲哀,以至于现在回想起来我都会觉得自己的坦言对别人造成了某种伤害。她告诉我,她爱着一个随时都可能死去的人,所以希望人是可以有灵魂的,那样在很多年之后,两人的灵魂还能在一起。

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你是否曾经好奇过在宇宙的别处是否存在着其他形式的生命?会好奇“别处”有什么或者在地球上的我们人类是否是宇宙中特别且仅有的是非常自然的。不过有的科学家早已不只是探讨其他的生命形式了,他们立论表明在别处或许存在着一个和我们共存的其他宇宙。还有的科学家认为这样的宇宙可能有无数多个,统称为平行宇宙。

很多人会觉得这个过于戏剧化的场面不真实,甚至矫情,然而它的的确确是曾发生在我生活里的一幕,那个眼神也让我歉疚过好一阵子。然而之后不久,我却发现,其实倘若早点知道平行宇宙理论的话,自己能给出的回答会温暖许多,没错完全可以告诉她——不必难过,在另一个宇宙里,你们一定是幸福的一对儿。

阿尔伯特·爱因斯坦曾说过一句名言:“宇宙最不可理解的地方在于它是可以被理解的。”但如今,在宇宙是否可以被理解的、甚至宇宙是否是独一无二这两个问题上,我们都还远未达成共识。基础物理学正面临着一场危机,这与两个经常被引用的流行概念有关,multiverse和uglyverse这两个术语就很能说明问题。

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如果去wiki上搜索,会发现有个条目叫List of fiction employing parallel universes,收录了众多涉及平行宇宙概念的文艺作品名,有书、电影、电视、动漫、游戏,其中有很多是大多数人都熟悉的,比如《星际迷航》、《时间线》、《蝴蝶效应》、《罗拉快跑》这种,包括我自己喜欢得不得了的《彗星来的那一夜》,甚至早在普林斯顿大学的物理学家休·埃弗雷特(Hugh Everett)在24岁那年发表他的相关论文、也就是学界第一次有人提出在量子物理中一个宇宙可以分裂成并行共存的“多个世界”之前,类似的设定就已经在《平面国》和《炽热世界》中出现过了。

多元宇宙(multiverse)的支持者主张可能存在有无数个其他宇宙,其中一些宇宙有着完全不同的物理和空间维度;而你,我和其他的一切东西都可能在这些无数的宇宙中存在着无数的副本。“多元宇宙可能是物理学中最危险的概念,”南非宇宙学家乔治·埃利斯(George Ellis)说。

平行宇宙真的存在吗?是否可能在别处某个地方有另一个你存在于你的过去或者未来里?那些相信平行宇宙的人认为有许多同时存在的宇宙,这些宇宙处于不同的时间节点并有着不同的过去和未来,我们的宇宙只是这浩浩汤汤的宇宙长江中的一个分流。这听起来很像是科幻小说和科幻电影的情节是不是?多年来确实诞生了很多科幻作品打开了世界各地众多读者观众的脑洞。但平行宇宙的想法真的只是人们在一厢情愿地相信吗?

澳门新葡亰App 3Constellations,是话剧作品中不多见的涉及平行宇宙题材的佳作。他在采访中提到,自己的创作灵感来源于理论物理学家与超弦理论家布莱恩·格林的科学纪录片《优雅的宇宙》,剧中女主角玛丽安是一个宇宙学家,男主角罗兰是一个养蜂人,两人在不同宇宙时空中具有不同关系可能性:在某个宇宙中,他们是夫妻,快乐地生活在一起;而在另一个宇宙中,他们的初吻还没有发生。这部剧对佩恩来说一个重要意义是给刚经历丧父之痛的他搭建某种慰藉——父亲还平安地生活在另一个平行宇宙中。逐渐深入创作的过程中,他开始为这个基于量子平行理论的假设所着迷:处在一种偶然性中,既永远怀抱希望又饱含无助。

从科学的早期开始,人们一旦发现一个不太可能的巧合,人们就会产生一种迫切的感觉地去解释这种巧合,去寻找它背后隐藏的原因。举一个现代的例子:物理学定律似乎被精心调整,以允许能够发现这些定律的智能生命存在——这一个巧合的现象就很需要解释了。

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Constellations首演于伦敦西区,很快被译作十几个国家的语言版本,足迹遍布德、意、美、日、韩,2015年1月登上过百老汇舞台,由《断背山》主角、好莱坞影星杰克·吉伦哈尔出任男主角。

随着多元宇宙假设的出现,这种情况发生了变化:虽然这不太可能是巧合,但在组成多元宇宙的无数宇宙中,这种现象将存在于其中某个地方。如果这个巧合现象似乎有利于复杂结构、生命或意识出现的话,我们甚至不应该惊讶于发现自己身处一个允许我们存在的宇宙当中。但这种“人择推理”反过来又意味着我们无法预测更多的任何事情。对于欧洲核子研究中心的物理学家来说,寻找新粒子并没有明显的指导原则;在宇宙偶然属性的背后,也没有什么基本定律可以被发现。

平行宇宙的想法可以追溯到1954年,一位普林斯顿大学(Princeton University)的学生休·埃弗雷特三世(Hugh Everett III)提出了一个大胆的想法,他认为平行宇宙和我们的宇宙一样是存在的,并且和我们的宇宙是相关的,这些平行宇宙是从我们的宇宙衍生出的分流,我们的宇宙也是从其他宇宙衍生出的分流。在平行宇宙中,世界大战可能会有不同的结局。有的物种也许还存活着在特定的平行宇宙中。同样的,在特定的平行宇宙中,人类自己也许已经灭绝了。

澳门新葡亰App 5Constellations,直译作《星座》,一开始中文译名定为“夜观天象”的《观天象》,后来我建议改成《平行宇宙爱情演绎法》,因为这实实在在,就是一个休·埃弗雷特所阐释的平行世界下的爱情事件裂分。在经典的哥本哈根诠释里,薛定谔关在笼子里的那只猫,一经观测,既死又活的量子态就会坍塌,所以我们得到一个要么死要么活的猫的结局。埃弗雷特最颠覆性的观点在于,他认为量子态并不会坍塌,而只是分裂成了不同的宇宙,在一个宇宙里,猫是死的,而另一个宇宙里,猫是活的。事实上不仅是猫的命运,人的每一次选择,也都如此,不停地分裂下去,无穷无尽的宇宙都存在着,无数的另一个版本的我们都还存在着。

另一个挑战则截然不同,但同样危险:根据理论物理学家Sabine Hossenfelder的说法,现代物理学被其对“美”的偏见引入歧途,产生了数学上非常优雅、但与任何实验无关的推测幻想,她认为物理学已经“迷失在数学中”。但是,物理学家所谓的“美”是结构和对称性,如果我们不能再依赖这些概念,那么理解,和仅仅符合实验数据的结论之间的区别就会变得模糊。

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就像无穷无尽的玛丽安和罗兰也存在着——

这两项挑战都有一定的道理。“为什么自然法则要关心我认为美的东西?”Hossenfelder公正地问道,答案是:它们不需要关心。当然,如果自然是属于经典力学范畴的话,它可能是复杂的、混乱的和不可理解的;但自然不是,自然是量子力学的。经典物理学是关于我们日常生活的科学,其中的对象是可分离的个体东西,但量子力学是不同的,例如,你的汽车状况与你妻子衣服的颜色无关。然而在量子力学中,曾经存在因果联系的事物会保持着相关性,爱因斯坦将其描述为“远距离的幽灵行为”,这种关联构成了结构,结构就是美。

这听起来是不是有些不切实际?为什么一个年轻的科学家要提出如此激进的想法?那个年代的量子物理领域正在蓬勃发展,有许多实验的结果无法得到解释,埃弗雷特提出平行宇宙正是他试图去回答这些问题的一个尝试,而平行宇宙之后也作为多重世界理论被人们所熟知。

他们相遇,他有女朋友;

相反,多元宇宙的假设似乎难以否认,量子力学也似乎特别钟情于它。透过两个狭缝向屏幕发射单个电子,屏幕后面的检测器上会产生干涉图样,在每种情况下,电子似乎每次都穿过两个狭缝。

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他们相遇,他有妻子;

量子物理学是核爆炸、智能手机和粒子碰撞背后的科学——它以其怪异而臭名昭著,比如薛定谔的猫存在于半死半活的边缘地带。在量子力学中,不同的现实(如“这里的粒子”和“那里的粒子”或“活着的猫”和“死去的猫”)可以像湖面上的波浪一样相互叠加。粒子可以处于“一半在这里,一半在那里”的“叠加”状态,而对于粒子或波来说,这种状态会产生干涉图样。

量子物理物理是对量子尺度下的研究,量子尺度是目前科学家所探测到的最小的尺度。存在于亚原子级别的量子物质有时候会表现得没有规律可循,这使得科学家们相信还有一些我们并不知道的科学定律存在着。

他们相遇,他们相爱了;

量子力学最初是用来描述微观世界的,但近年来,量子力学被证明可以用于解释越来越大的物体(如果这些物体与其周围环境的隔离程度足够高的话)。然而不知道为什么,我们在日常生活中似乎不能体验到太多这种量子奇怪现象,例如没人见过不死猫,还有只要你测量一个粒子的位置,你就会得到一个明确的结果。

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他们回她的房间,她赶他走;

一个简单的解释假设认为所有的这些可能都一一实现了,只不过是在不同的平行现实或“埃弗雷特分支”里——以休·埃弗雷特(Hugh Everett)的名字命名,因为休·埃弗雷特首次提出了这一观点,即量子力学的“多世界解释”(many worlds interpretation)。埃弗雷特的多世界解释实际上是多元世界的一个例子,这种多元世界解释的例子还有另外三种,有两个没有那么有趣,因为其中一个并不是真正的多元宇宙,只是我们宇宙中不同的区域,而另一个是基于高度投机的观点,即物质只是数学;剩下的最后一个多元宇宙理论就是“弦理论景观”,我们稍后再回来说这个观点。

举个例子,研究量子物质的科学家们很快就发现,量子粒子会反复无常地呈现出不同的形态,观测到光子的科学家们注意到光子有的时候会表现的像粒子,而有的时候又表现得像波。这就好比是这一刻你是一个固体的人,而下一刻你就是气体了。科学家们把这种现象称为“波粒二象性”(Particle-wave Duality)。(波粒二象性:微观粒子有时候会显示出波动性有时又会显现出粒子性。不确定性原理:一个微观粒子的某些物理量不可能同时具有确定的数值,其中一个量越确定,另一个量的不确定程度就越大。)

他们回她的房间,她留他,但他走了;

通过诉诸量子力学来证明物理之美,我们似乎牺牲了宇宙的独特性。但支持这一结论的是肤浅的考虑,在这个问题上通常被忽略的是:埃弗雷特的多元宇宙并不是基本的。正如南加州大学的哲学家大卫·华莱士所坚信的那样,这些多元宇宙只是表面现象或“突现现象”。

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他们同居了;

要理解这一点,我们需要理解量子测量和“远距离幽灵行为”背后的原理。爱因斯坦,鲍里斯·波多尔斯基和纳撒尼尔·罗森在1935年指出,这两种现象背后的原理被称为“量子纠缠”:在量子力学中,由加起来等于零的两个“纠缠”旋转系统组成的一个旋转系统,也可以由一对具有相反旋转方向的旋转系统叠加组成(但每个旋转的方向并不绝对确定)。这种纠缠是自然将部分整合成整体的方式;由于强相关整体系统的利益,组成成分的个别性质不复存在。

物理学家维尔纳·海森堡(Werner Heisenberg)提出我们仅仅是观察量子物质就会影响其行为。另一位物理学家尼尔斯·玻尔(Neils Bohr)表示赞成,他认为量子粒子在同一时刻处于所有可能存在的状态,当我们观察它们的时候影响了它们的行为,使得它们在那一刻坍缩到了一个确定的状态。(海森堡主要贡献:不确定性原理;量子力学的矩阵形式。玻尔主要贡献:原子的玻尔模型;量子力学的互补原理。)

他们因为性格不合分手了;

当一个量子系统被测量或与它的环境耦合时,量子纠缠就起着至关重要的作用:量子系统、观察者和宇宙的其他部分就会相互交织在一起。从观察者的角度来看,信息被分散到未知的环境中,一个被称为“Decoherence”的过程也就开始了,Decoherence是经典力学的媒介:它描述了量子系统与其周围环境相互作用时量子特性的损失。Decoherence的作用就像打开了量子物理平行现实之间的拉链,从观察者的角度看,宇宙和她自己似乎“分裂”成独立的埃弗雷特分支。观察者可以观察到一只活猫或一只死猫,但在两者之间什么都没有。在她看来,世界是处于经典力学范围的,但从总体角度来看,世界仍然处于量子力学范围内,而其实在这个观点中,就连整个宇宙也是一个量子物体。

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他们因为没感觉分手了;

这就是罗格斯大学(Rutgers University)哲学家乔纳森·谢弗(Jonathan Schaffer)所倡导的“量子一元论”。谢弗仔细思考了宇宙是由什么构成的这个问题。根据量子一元论,现实的基本层并不是由粒子或弦构成的,而是宇宙本身——宇宙本身并不是一个事物总和,而是一个纠缠的量子态。

埃弗雷特的多重世界理论是玻尔对量子物质的观点的另一种解读。从埃佛雷特的视角出发,观察量子物质并不是引发了状态的坍缩,而是宇宙的现实分裂。不夸张地说,宇宙在不断地复制,为量子物质可能存在的每一种状态分裂成了多重平行宇宙。多重世界理论有一些令一些科学家感到不快的暗示。举个例子,加入你曾经经历过一个你有可能会因此死亡的事件,那么根据埃佛雷特的理论就会存在着一个你已经死亡了的平行宇宙!许多人同样不喜欢埃佛雷特的理论,因为它和我们对时间的概念的基本理解是有冲突的。

他们因为出轨分手了;

物理学家和哲学家卡尔·弗里德里希·冯·魏茨泽克(Carl Friedrich von Weizsacker)早前也表达过类似的想法:认真研究量子力学就会预料到多元宇宙背后存在着一种独特的、单一的量子现实。而宇宙微波背景的均匀性和微小温度波动也表明,我们观测到的宇宙可以追溯到一种单一的量子态,这通常与引发宇宙原始膨胀的量子场相一致。

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他们没有任何原因地分手了;

此外,这一结论也适用于其他多元宇宙的概念,如在“弦理论景观”的不同山谷、和无限宇宙中突然出现的那些“婴儿宇宙”里出现的那些不同物理定律。而因为量子纠缠的现象是普遍的,所以它不会在我们宇宙的边界处停止。无论你拥有多少多元宇宙,当你采用量子一元论时,它们都只是一个整体的一部分:在多元宇宙中的许多宇宙中,总是存在着一个更基本的现实层面,而这个层面是独一无二的。

埃佛雷特的理论多年来都被认为是牵强附会的,但是一些科学家的思想实验表明了其理论上是有可能成立的,使得最近科学家们又开始对该理论产生了兴趣。有趣的是,埃佛雷特的理论不是解释量子力学的唯一途径。另一种名为弦理论(String Theory)表明有一种比量子物质还要小的粒子存在,且弦理论也表明平行宇宙是可能存在的。所以谁知道呢~也许真的有平行宇宙存在呢!也许你某天可以开始学习量子物理然后来解答所有这个世界想知道的所有问题吧!

他们有了新的伴侣;

量子一元论和埃弗雷特的多世界解释都是量子力学的严肃预测,这些观点的区别仅仅在于其视角:从一个观察者的视角来看,宇宙似乎有很多个“宇宙”,但从一个全局的视角来看,宇宙实际上是单一的、独特的(比如从一个可以在外部看到整个宇宙的人的视角来看)。

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澳门新葡亰App,他们又在一起了;

换句话说:对于一个只有有限宇宙信息的观察者来说,多世界解释就是量子一元论的化身。事实上,埃弗雷特最初的动机就是用“宇宙波函数”来研究一个可以描述整个宇宙的量子描述。这就像你从百叶窗的一条缝往外看:大自然看起来被分割成不同的部分,但这只是你个人视角的产物而已。

她得了癌症;

量子一元论和多世界解释都是可以避免的,但只有在两种情况下才会发生;一是改变量子力学的形式体系(通常都会与爱因斯坦的狭义相对论冲突);二是认识到量子力学并不是关于自然的理论,而是知识的理论:量力力学是一个人文的概念,而不是科学。

她没得癌症;

就目前而言,量子一元论应该被视为现代物理学中的一个关键概念:它解释了为什么“美”(被理解为自然中明显独立的领域之间存在的结构、关联和对称)不是一种“欠缺考虑的美学理想状态”,而是单一量子状态自然下降的结果。此外,量子一元论还消除了多元宇宙的缺陷,因为它预测相关性不仅在一个特定的婴儿宇宙中实现,而且在多元宇宙的任何一个分支中都会实现——比如爱因斯坦-波多尔斯基-罗森状态中纠缠旋转系统的相反旋转方向。

他挽留她,他们做好准备在一起了。

最后,量子一元论还缓解了实验基础物理的危机,实验基础物理依赖于越来越大的对撞机来研究越来越小的自然组成成分,因为这些最小的组成成分并不是现实的基本层面。研究量子力学的基础,量子场论的新领域,或者宇宙学中最大的结构都可能同样有用。

生活和爱情有时候会让你我失望,甚至悲伤。幸好,总有一些版本的我们,还都好好的。

这并不意味着每一个观察到的巧合都指向物理学的基础,也不意味着任何关于美的概念都应该在自然界中实现——但它告诉我们,我们不应该停止追求。因此,量子一元论有潜力拯救科学的灵魂,因为它相信存在一种独特的、可理解的基本现实。

而今,科学家们会告诉你,量子力学只是推导出平行宇宙的方法之一。麻省理工物理学家马克斯·泰格马克2003年在一篇写给《科学美国人》的文章《平行宇宙》中,介绍了4种不同的平行宇宙,他是当今世界最重要的平行理论研究者,曾在纪录片《生存在平行宇宙》中出镜。而康奈尔大学教授、弦论领军人物布赖恩·格林所著《隐藏的现实》(中文版译者李剑龙正是科学松鼠会会员Sheldon)一书中,则讲到了9种不同的平行宇宙。对于我来说,这些重要又不重要,理论除了烧脑之外,还会让我安静地坐下来想想怎么和当年那位小说家朋友讲清楚,她和她的爱人会存在于哪一种宇宙里。而我务必把这一切描述得尽可能合理,是泡泡宇宙呢还是膜宇宙呢还是……好吧,得承认自己想多了。

此刻,我只想带着她一起看这部《平行宇宙爱情演绎法》。

休·埃弗雷特自己可能也没想到,他的一次看来很没谱的大胆挑战权威对科学产生的深远影响,尽管他生前可谓不得志,并未得到量子力学鼻祖玻尔的赏识,也早早离开人世。意味深长的是,若干年后,他的儿子、著名摇滚乐队Eels的主唱马克·埃弗雷特(Mark Everett)在自己参演的纪录片《平行世界,平行生命》中为世人讲述了父亲的悲剧人生,马克说自己从小不明白父亲是个什么样的人,因为他那么沉默寡言,每天只知道在纸上写一些根本是另一套语言系统的数学符号,偏偏自己又是个数学学渣。但这又有什么关系呢,马克的这位天才父亲,给世人留下了如此美好的理论,让无数同样看不懂数学符号的艺术家,也可以拿来搞创作,拿来讲充满希望的故事。

平行宇宙入口

新浪潮导演王翀《平行宇宙爱情演绎法》将于2015.11.06-2015.11.08在解放军歌剧院上映,有兴趣大家可道各票务网站了解详情。

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