摘要:随着科学技术的不断进步,双缝实验不断扩展。1909 年,泰勒爵士完成了一个极为精致的双缝实验,将入射光束的强度降低,在任何时间间隔内,平均最多只有一个光子被发射出来。经过长时间累积许多光子于摄影胶片后,依然出现了干涉图样。
英国物理学家托马斯・杨于 1801 年为了演示可见光的波行为 ,进行了杨氏双缝实验,这一实验属于经典物理学范畴,却为后来量子力学的发展埋下了重要伏笔。
在最初的杨氏双缝实验中,让光穿过两条狭长的缝,在远处屏幕上形成的并非两个对应于狭缝的明亮区域,而是亮暗相间的条纹,有力地证明了光的波动性。
随着科学技术的不断进步,双缝实验不断扩展。1909 年,泰勒爵士完成了一个极为精致的双缝实验,将入射光束的强度降低,在任何时间间隔内,平均最多只有一个光子被发射出来。经过长时间累积许多光子于摄影胶片后,依然出现了干涉图样。
这意味着单个光子竟然可以同时通过两条狭缝,自己与自己互相干涉。此后,电子、中子、原子甚至分子等微观物体,都被证实可以表现出这种奇异的量子行为。
具体来说,在双缝实验里,当把电子束射向带有两条狭缝的屏障时,按照我们日常生活中的经验和经典物理学的认知,电子作为粒子,应该像子弹穿过靶心一样,要么穿过这条狭缝,要么穿过那条狭缝,最终在屏幕上形成两条对应的亮纹。
可实际情况却令人大跌眼镜,屏幕上出现的是一系列明暗相间的干涉条纹,就如同水波相互干涉时形成的涟漪一般。而且,更为神奇的是,即使一次只发射一个电子,随着时间的推移,众多单个电子逐一打在屏幕上,最终依然会呈现出干涉图样。这表明每个电子在运动过程中,并非遵循经典粒子的行为模式,而是表现得像波一样,能够同时穿过两条狭缝,并与自身发生干涉。
这种现象完全违背了我们基于宏观世界所形成的直觉和常识,也与传统物理学中关于粒子运动的确定性和可预测性大相径庭。它揭示了微观粒子具有波粒二象性这一奇异特性,即微观粒子既可以表现出粒子的特性,如具有确定的质量和电荷;又能展现出波的性质,如具有干涉和衍射等波动现象。这一特性的发现,彻底颠覆了人们对物质世界的传统认知,为量子世界的奇幻大门缓缓打开,也引发了科学家们对量子力学深入而广泛的研究,其中就包括对平行宇宙存在可能性的大胆推测与探索 。
面对双缝实验所呈现出的微观粒子的奇异行为,科学家们陷入了深深的困惑与思索之中。传统的物理学理论在解释这一现象时显得捉襟见肘,就像试图用一把小钥匙去打开一扇巨大而复杂的门,始终不得其法。
在众多试图解开这一谜题的科学家中,休・艾弗莱特以其独特的视角和大胆的思维,提出了一个极具创新性的理论 —— 量子力学的多宇宙理论 。
休・艾弗莱特于 1930 年出生在美国华盛顿,他从小就对科学展现出浓厚的兴趣和非凡的天赋。在求学过程中,他接触到了量子力学这一充满挑战和奥秘的领域,并被双缝实验等量子现象深深吸引。
当时,主流的哥本哈根诠释认为,微观粒子在被观测之前处于一种不确定的叠加态,一旦被观测,波函数就会坍缩,粒子才会呈现出确定的状态 。但这种解释并不能让休・艾弗莱特满意,他觉得其中似乎缺失了某些关键的环节,无法真正揭示量子世界的本质。
经过深入的研究和思考,休・艾弗莱特在 1957 年提出了量子力学的多宇宙理论。
按照他的设想,当粒子面临多种可能的选择时,比如在双缝实验中粒子可能穿过两个狭缝中的任意一个,宇宙并不会按照传统观点那样,只呈现出一种确定的结果。相反,宇宙会在这一瞬间分裂成多个平行的宇宙,每一个宇宙对应着粒子的一种可能选择。也就是说,粒子确实同时穿过了双缝,但却是在不同的平行宇宙中分别完成这一过程的。
在一个宇宙里,粒子穿过了左边的狭缝;而在另一个与之平行的宇宙里,粒子穿过了右边的狭缝。这些平行宇宙彼此之间相互独立,拥有各自独立的时空和物理进程,就像一条条并行流淌的河流,虽然在源头处紧密相连,但在流淌过程中却渐行渐远,不再交汇。
这一理论一经提出,在科学界引起了轩然大波。在当时的主流科学观念中,宇宙被认为是唯一且确定的,这种宇宙分裂的观点实在是太过离经叛道,完全违背了人们的传统认知和直觉。
许多科学家认为这简直是天方夜谭,是彻头彻尾的胡话,是一个不切实际的幻想。他们难以接受宇宙会如此轻易地分裂,也无法想象在我们所处的这个世界之外,还存在着无数个与我们息息相关却又彼此无法触及的平行世界。
然而,随着时间的推移和科学研究的不断深入,越来越多的科学家开始重新审视休・艾弗莱特的多宇宙理论。
一方面,量子力学领域的诸多实验结果不断涌现,这些实验现象愈发难以用传统的单一宇宙观念来解释,而多宇宙理论却能为这些现象提供一种独特且合理的视角。
例如,一些关于量子纠缠的实验,粒子之间展现出的超距关联现象,在多宇宙理论的框架下可以得到更为自然的理解。
另一方面,理论物理学的发展也为多宇宙理论提供了一定的支持。弦理论等前沿理论的提出,暗示了宇宙可能具有更高的维度和更为复杂的结构,这与多宇宙的概念存在着某种程度的契合,使得多宇宙理论不再显得那么孤立和突兀。
在最近十几年里,事情发生了重大的转变,曾经被视为荒诞不经的多宇宙理论,如今已经有很多科学家认为它可能是对世界真实运转方式的唯一合理诠释 。尽管目前我们还无法直接观测到平行宇宙的存在,但这一理论已经在科学界占据了一席之地,引发了广泛的讨论和研究,成为探索量子世界和宇宙本质的重要方向之一。
在众多关于平行宇宙的设想中,最先被提出且相对简单的模型,便是无限拼接的多重宇宙,也被称为无穷多重宇宙 。这一模型可以说是争议最少的想法,它为我们描绘了一幅独特而宏大的宇宙图景,就像是一张无边无际的拼布床单,每一块补丁都代表着一个独立的宇宙 。在这个奇妙的构想里,每个宇宙都包含着有限数量的粒子,这些粒子通过不同的组合方式和相互作用,构成了各自形态万千、独一无二的宇宙。
那么,这些平行宇宙中可能会呈现出怎样截然不同的景象呢?数学模型和相关理论为我们提供了一些令人惊叹的推测。
从宏观的宇宙尺度来看,存在着无数个版本的地球,它们或许在某些方面与我们所生活的地球极为相似,有着相似的地貌、气候和生态环境;然而,其历史进程却可能大相径庭,走向完全不同的发展方向。在这些不同的地球上,人类的历史可能被重新书写。
比如,在某个平行宇宙的地球上,工业革命或许提前了数百年,科技发展的速度远超我们的想象,人类早已建立起了高度发达的星际文明,在宇宙中自由穿梭,探索着各个星球的奥秘;而在另一个平行宇宙里,可能因为某些关键历史事件的不同走向,导致人类文明的发展受到阻碍,至今仍处于相对落后的农耕时代,过着男耕女织、自给自足的生活。
从微观的个人角度来说,每一个人的人生轨迹在平行宇宙中都可能有着无数种不同的演绎。
此刻的某处,或许有一个你正在遭受外星人的攻击,在那个充满未知与危险的宇宙里,你凭借着自己的智慧和勇气,与外星侵略者展开激烈的对抗,为了保卫家园和生存的权利而战;而在另一个平行宇宙中,你刚刚获得了奥运会金牌,站在领奖台上,听着国歌奏响,看着国旗升起,享受着荣誉和掌声,成为了无数人心中的英雄;还有某个世界里的你,可能因为人生的种种选择和经历,正在蹲监狱,为自己曾经犯下的错误付出代价;又或者在另一个世界的你,刚被选为总统,肩负着领导国家、推动社会发展的重任,在政治舞台上施展着自己的抱负和才华。
只要你能想到的人生可能性,都有可能在某个平行宇宙中真实上演 。这就是平行宇宙所蕴含的无穷多样性和魅力,它让我们不禁思考,在那些我们无法触及的世界里,另一个 “自己” 正过着怎样的生活,经历着怎样的喜怒哀乐。
尽管平行宇宙可能就隐匿在我们身边,但我们却始终难以发现它们的踪迹,这背后存在着多方面的深层次原因。
量子多重宇宙依据量子力学那怪诞而独特的规律运作,这与我们日常生活中所熟悉的宏观世界的物理规律大相径庭。
在量子世界里,微观粒子展现出诸如波粒二象性、量子叠加、量子纠缠等奇异特性。以量子叠加为例,一个粒子可以同时处于多个不同的状态,就好像一个人可以同时出现在不同的地方一样,这在宏观世界中是完全无法想象的 。而量子动力学的复杂性更是使得不同分支间的平行宇宙无法进行有效的沟通。这些平行宇宙之间的相互作用极其微弱,甚至可以忽略不计,就像处于不同频率的电台信号,虽然都在空气中传播,但彼此之间不会相互干扰,也难以被对方所察觉。
这种基于量子规律的复杂性,使得我们在宏观世界中凭借现有的感知和认知方式,很难捕捉到平行宇宙存在的蛛丝马迹 。
从维度的角度来看,人类生活在三维空间中,我们的感知能力和观测手段主要局限于三个维度,即长度、宽度和高度 。
我们能够看到物体的形状、大小和位置,能够感知到物体在这三个维度上的运动和变化。然而,根据 M 理论等前沿理论,宇宙空间可能具有多达十一个维度,而平行宇宙很可能就分布在高于三维的其他维度之中。
这就好比生活在二维平面世界里的生物,它们只能感知到前后和左右两个方向,对于第三个维度 —— 高度,它们是完全无法感知的。即使一个三维物体从它们的世界中穿过,它们也只能看到这个物体在二维平面上留下的投影,而无法理解这个物体的全貌和真实形态 。
同样地,我们人类由于自身所处维度和感知能力的限制,无法直接感知到那些分布在更高维度的平行宇宙,哪怕它们与我们的宇宙紧紧相邻,甚至相互穿插、重叠,我们也难以察觉它们的存在,除非我们能够突破现有的维度限制,提升自己的感知能力,否则平行宇宙对于我们来说将始终是一个难以触及的神秘领域。
在量子理论中,波函数坍缩是一个关键的概念。
微观粒子在未被观测之前,处于一种不确定的叠加态,其状态可以用波函数来描述,这个波函数包含了粒子所有可能的状态信息。当我们对粒子进行观测时,波函数会瞬间坍缩,粒子会从众多可能的状态中选择一个确定的状态呈现出来 。从平行宇宙的角度来理解,我们的精神意识在这个过程中扮演了重要的角色。
我们本宇宙的整体精神意识选择了本宇宙的演化方式,这就相当于对处于 “叠加态” 的所有平行宇宙进行了一次 “筛选” 或 “激活” 。当我们的精神意识关注并选择了本宇宙的发展路径时,其他平行宇宙的可能性就被暂时搁置,我们只能感知到本宇宙中波函数坍缩后所呈现出的确定结果,而无法察觉到那些处于 “叠加态”、未被我们选择的其他平行宇宙的存在。
这就如同在一个充满各种可能性的巨大图书馆中,我们只选择了其中一本书来阅读,而忽略了其他所有的书籍,尽管这些书籍都同样存在于这个图书馆中 。所以,我们之所以难以发现身边的平行宇宙,很大程度上是由于我们自身精神意识的选择以及波函数坍缩这一量子现象所导致的。
来源:宇宙探索