如何理解平行世界？

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如何理解平行世界？

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首先要说明的一点是，平行宇宙并不是科幻小说作者灵机一动创造出来的概念，而是科学家们根据观测到的事实以及各种宇宙理论进行推理的结果。

由于各式各样的宇宙理论有很多种，所以关于平行宇宙的理论也远远不止一种。

在英文版维基百科Multiverse这个词条下面，可以看到有人把平行宇宙理论分成了多达九种不同的类型。

在这些理论中，有一些相对简单易懂(例如视界平行宇宙)，另外一些稍微琢磨一下也能大概明白(例如爆胀平行宇宙)。但是，还有一些诡异的平行宇宙理论格外地令人费解，尤其是那些跟弦论有关的理论，简直就像是一个科学家连续灌下两瓶伏特加之后的胡言乱语。

答主在这里尽力给大家简单介绍几种平行宇宙理论，希望能够抛砖引玉。

好，我们开始。

1）视界平行宇宙

这是所有平行宇宙里最简单易懂的一种，就让我们从这个开始讲起。

请先思考这样一个问题： 有一个位于地球上的人正在仰望夜空中的浩瀚宇宙，那么他可以观察得到整个宇宙吗？

  答案是否定的。这并不是因为他的仪器不够先进或是他观察的时间不够长。这 是由宇宙的特性所决定的。

由于光的传播需要时间，而宇宙的年龄只有137亿年，所以无论使用多么先进的仪器，我们应该都只能观察到距离我们137亿光年以内的宇宙。 并且这个数字还没有考虑到宇宙的膨胀。由于宇宙在不停地膨胀，所以在这束光走完137亿光年的距离的同时，发出这束光的天体也在离我们远去。当这束光达到我们的眼睛时，这个天体与我们之间的距离已经不止137亿光年了。考虑到这个因素后，科学家们把我们所能观察到的最远距离调整到了410亿光年。

以地球为中心，以410亿光年为半径画一个球面，这个球面就是我们的宇宙视界（Cosmological Horizon）。

这个视界外的区域是我们永远无法观测到的宇宙，因为光还来不及从那里到达地球就已经离我们远去了。由于任何物体移动和信息传递的速度都不能超过光速，对于视界外的宇宙，我们不仅无法观测，也无法对它施加任何影响。也就是说，视界外的宇宙跟我们是完全相互独立的。

这里可能有人会发现一个逻辑上的漏洞。我们刚刚不是说任何物体的速度都不能超过光速吗？那为什么上面的那个天体可以在137亿年的时间里跑到距离我们410亿光年的地方去？这运动速度明显是超过光速的！

这里需要强调的一点是，我们所说的物体的速度，指的是物体在空间中移动的速度。上面的这个天体跑到距离我们410亿光年的地方去，是因为空间本身在膨胀。

为了更好地理解这个概念，你可以想象一个不断膨胀的气球，在它的东西两端各生活着一小群蚂蚁。这两群蚂蚁都认为自己呆在原地没有动，但随着气球的膨胀，它们之间的距离却在不断增大。

一天，住在东边的这群蚂蚁想要知道气球上是否还有其他蚂蚁，于是派出了它们中爬得最快的一只叫做博尔特的蚂蚁去探索未知的世界。在这个气球上，任何物体移动的速度和气味飘散的速度都无法超过博尔特的爬行速度。带着对新世界的期望，博尔特出发一路向西爬去。接下来会发生什么事呢？

博尔特永远也到不了气球的另一边。虽然博尔特一刻不停地以最快速度爬行，但由于气球膨胀的速度已经超过了它的爬行速度，它与西边另一群蚂蚁之间的距离反而越来越大了。所以博尔特永远也不会知道在气球的另一端是不是还住着一群蚂蚁。换句话说，西边的这群蚂蚁处于博尔特的宇宙视界之外。这两群蚂蚁无法以任何方式影响到对方，它们甚至永远无法知道对方的存在。它们所生活的世界相当于两个平行宇宙。

现在，想象有一个无限大的气球，上面生活着无数群蚂蚁，每一群蚂蚁都位于其他蚂蚁的宇宙视界之外。那么，这些蚂蚁就相当于各自生活在无数个平行宇宙之中。

我们的处境就类似于气球上的一群蚂蚁，生活在一个半径为410亿光年的球形宇宙中，无法知道在这之外还有多少个其他的球形宇宙。

看到评论区有很多关于这个宇宙视界的疑问，在这里补充说明两点。 第一，这个宇宙视界是一个动态的概念。比如再过5亿年，当宇宙的年龄到了142亿年的时候，我们的宇宙视界也会随之扩大，因为我们可观测到的『空间区域』变得更大了。第二，目前的观测表明，从70亿年前开始我们宇宙的膨胀速度就不断地在加速。这样一来，虽然我们宇宙视界的『空间区域』会逐渐增大，但由于其他星系在不断加速离开我们，在若干亿年后一些目前在我们宇宙视界中的星系反而会退出我们的宇宙视界，进入到一个我们永远也观测不到的宇宙区域中去。

可能有些人对上面的内容不是很感兴趣，他们更关心是否有另外一个自己正在一个平行宇宙中迎娶白富美走向人生巅峰。

如果，只是如果，我们的宇宙是无限大的，那么将存在无数多个平行宇宙。而由于每个平行宇宙中的粒子数是有限的，如果我们给观测的精度设一个上限的话，所有粒子排列方式也将是有限的。当然，每个平行宇宙中的所有粒子的所有可能的排列方式会是一个非常非常非常大的数字，大到人类根本无法理解，但它毕竟是有限的。如果你试着把有限多个粒子排列放入无限多个平行宇宙，那么必然的结果就是一定会有排列方式一模一样的宇宙。就好像你只有四种不同颜色的袜子，如果要在五个抽屉里各放一只的话，那么一定有两个抽屉里的袜子颜色是相同的。

在这种情况下，在无穷多个平行宇宙中都将会有一个一模一样的你，他们做了每一件你做过的和你没有做过的事。一个世界中的你刚娶了Angelababy，一个世界中的你刚拿了世界杯，还有一个世界中的你发动了世界核战。

不过这些都跟你没有任何关系，所以才叫平行宇宙么。

2）暴胀平行宇宙（Inflation Multiverse）

这种平行宇宙理论可以看做是上一种的升级版。

1964年，人们在宇宙中发现了无处不在的微波背景辐射（Cosmic Microwave Background）。这些微波辐射是宇宙大爆炸中产生的残留物，因而也成为支持大爆炸理论的有力证据。

但是当人们试着测量这些微波辐射的温度时，问题就来了。无论我们测量宇宙中来自于哪一个方向的微波辐射，它们的温度都几乎是一样的，精确到小数点后四位。稍微琢磨一下，你就会觉得这个现象实在是非常地奇怪。

想象一下，当我们站在地球上时，在我们左边137亿光年的地方有一个地点A，在我们右边137亿光年的地方有一个地点B。那么，地点A和地点B之间的距离是274亿光年。也就是说，一束光从地点A传播到地点B所需要的时间比宇宙的年龄还要长，所以这两个区域是无法对另一方造成任何影响的。那为什么地点A和地点B会有着相同的微波辐射温度呢？如果仅仅是地点A和地点B的微波辐射温度相同，那也许还可以用巧合来解释。但是在我们的天空中有无数的地点A和地点B，它们的微波辐射温度全都一模一样，这就无法用巧合来解释了。

你可以想象有一栋大楼，里面有100个房间，每个房间里放着一杯咖啡。你走进每一间房间对里面的咖啡温度进行了测量后，惊讶地发现它们的温度竟然是一模一样的。这已经不能用巧合来解释了。你只能合理地推测，这些杯子里地咖啡曾经都在同一个咖啡壶里，在充分搅拌均匀后才被人分别 倒入到100个咖啡杯里，然后又被端到了100个不同的房间中去。

这有什么问题吗？大爆炸理论不是本来就假设在宇宙诞生的时候所有的物质都挤在一个狭小的空间里吗？这个狭小的空间不就正是那个咖啡壶吗？

问题在于，把咖啡壶里的咖啡搅拌均匀需要一点时间，而标准的宇宙大爆炸理论并没有给这个过程留出足够的时间。在标准的大爆炸模型中，宇宙诞生后的物质还来不及建立热平衡就被抛到了遥远的地方。这个矛盾被称作视界问题（Horizon Problem）。这也是标准的大爆炸理论中的一个漏洞。

为了填上这个漏洞，有人对大爆炸理论又进行了修正，提出了暴胀宇宙理论（Inflation Theory）。

在暴胀宇宙理论中，宇宙并没有在大爆炸之后立刻开始快速膨胀，而是先等物质和能量在一个极小的空间里『搅拌』均匀之后才开始了一次剧烈的膨胀， 时间大约是在大爆炸后的0.000……0001秒（小数点和1之间有35个 零）。这次剧烈地膨胀持续了极为短暂的一刻（不到0.000……0001秒，小数点和1之间有31个零），但膨胀的速度却大得吓人。在这短短的一瞬中，宇宙膨胀了10^26倍之多。（谢谢评论区中的李文涛指出了原文中的一个错误 ）这也是为什么这种理论被翻译为『暴胀』宇宙理论。在经历了这次剧烈的膨胀之后，宇宙的膨胀速度突然又放缓了，继续以一个『较慢』的速度持续膨胀，直到今天。

在这个理论中，宇宙就像是一位耐心的公交车司机，在开车前先跟乘客确认好：『大家都准备好了吗？温度都一样了吗？物质都均匀了吗？都好了是吧，开车！』

当然这只是一个比喻。宇宙不是公交车，可以说停就停说走就走。是什么东西造成了这次暴胀，又是什么东西使它停了下来？这些都需要科学家给出一个解释，哪怕只是理论上的。

为了解释暴胀产生的机制，科学家们创造出了暴胀场（Inflation Field）这样一个概念。暴胀场可以产生一种排斥力，从而推动整个宇宙快速地膨胀。并且随着宇宙中的空间越来越大，暴胀场还会进一步产生更大的排斥力。至于为什么暴胀场会有这样的性质，我们作为普通读者就没有必要深究了，因为它本身只是一个被创造出来的概念。科学本来就是一个不断提出假设然后再对其进行验证的过程。

好，我们现在有了暴胀产生的机制。但如果暴胀场可以产生如此之大的排斥力，那又是什么让它停了下来呢？回答这个问题似乎比回答暴胀场产生的机制要更加困难。写到这里，我仿佛可以看到所有质疑暴胀理论的科学家们像《秋菊打官司》的女主人公一样执着：『不行，你得给俺一个说法。』

针对这个问题的一个回答是：暴胀宇宙从来就没有停止过，也永远不会停止。在你读到这个句子的时候，整个宇宙仍然处在一刻不停的持续暴胀之中。暴胀停止的地方，仅仅是我们所在的这一小块区域而已。这个理论叫做永恒暴胀理论（Eternal Inflation）。

想象你正在给你的手机贴膜。在正常情况下，手机膜应该是和屏幕紧密贴合在一起的。但是偶然地，手机膜和屏幕之间会出现一个小气泡。这个小气泡的出现是由一些小概率事件引起的，比如手机膜上有灰尘，或是你贴的时候用力不均匀。总之，这个小气泡是你在贴膜过程中会偶然出现的一小块异常区域。现在，想象你在给一个无限大的手机贴膜。尽管你很小心，但是在手机膜和屏幕之间还是不可避免地会出现无数的小气泡。

在永恒暴胀理论中，宇宙的暴胀永远不会停止。但是，由于某种量子机制导致的随机性，在宇宙中的一些地方暴胀很偶然地停止了，你可以把这些地方想象成我们刚刚讲过的小气泡。在这些小气泡中，暴胀场的能量转化成了粒子，粒子又形成了物质，物质形成了星系。在其中的一个小气泡里，这些物质中的一小部分形成了太阳、地球、以及你和我。

这样的小气泡被称为口袋宇宙（Pocket Universe）。按照暴胀理论的说法，整个宇宙中有无数多个这样的口袋宇宙，而我们就生活在其中的一个之内。在我们与其他口袋宇宙之间，是永远处于暴胀之中的宇宙空间（你可以再想一下前面描述过的暴胀的速度）。

在这持续暴胀的宇宙空间中，每一秒钟都有新的口袋宇宙被随机地创造出来。

3）那些跟弦论有关的平行宇宙理论

在这里要再说明一下，跟弦论相关的几种平行宇宙理论的推理过程答主基本上都看不大懂。至少没有懂到能明明白白地讲给别人听的程度。

所以，这一部分答主决定果断放弃讲解，以免误导大家。这里仅对这些平行宇宙理论进行一下最简单的描述。

前面讲过，弦论中的很多概念都像是一个科学家喝多了之后的疯言疯语，比如宇宙时空是10维的，比如所有的粒子都是由一根振动的弦构成的，不同的振动模式对应不同的性质。除了弦之外，弦论里面还有膜，从1维膜，2维膜一直到9维膜。……我估计我再说下去你们就要打着哈欠关闭这个页面了，所以我们直接跳到结论吧。

总之，某些版本的弦论认为我们生活在一个三维膜之中。宇宙中还有许许多多其他的三维膜，跟我们所在的三维膜堆叠在一起，好像一层层摞起来的饼干。不同的膜就代表不同的世界，但是显然弦论中的某些计算表明所有的粒子都无法离开自己所在的三维膜，所以我们无法进入其他的平行世界中去，尽管在另外一个维度上我们可能相距只有一毫米。在弦论中，只有引力可以不受这种限制，自由地达到其他的三维膜。这叫做膜平行宇宙（Brane Multiverse）。

4）量子平行宇宙理论

这一部分我们讲一下量子平行宇宙，顺便聊一聊那只让很多人都搞不清楚的薛定谔的猫。

只要在家里找到一根蜡烛、几张纸，再加上一把裁纸刀，你就可以在家里完成人类科学史最重要的实验之一——光的双缝干涉实验。这个实验的设置很简单，一个点光源所发出的光在通过两条狭缝后，被投射在 一个背景板上。当通过狭缝的光到达背景板上时，所投射出的并不是两条光带，而是 许多明暗相间的条纹。




出现这种明暗条纹的的原因是因为光是一种波。当光通过两条狭缝后，相当于在两个狭缝出口处产生了两条新的波。这两条波在背景板不同的位置上会产生干涉。在明条纹处，两条光波到达时它们的波峰刚好叠加在一起，波的强度加大，所以产生了较亮的条纹。而在暗条纹处，两条波的波峰和波谷刚好抵消，波的强度减弱，形成了较暗的条纹。下面的这张图所表示的就分别是这两种情形下波的叠加。在图片中，上面两条同相的波叠加形成了一条振幅更大的波，而下面两条反相的波叠加后刚好相互抵消。




这个实验最早是由托马斯·杨在1801年完成的， 他通过这个实验向人们完美地展现了光的波动性。 （在这里插一句，这个杨就是我的另外一个回答里曾经差点破解了古埃及文字的那个杨。）

在杨完成这个实验一百年后，也就是在20世纪初，随着量子理论的兴起，人们发现诸如电子这样的微小粒子居然可以也体现出波的特性。随着技术手段的进步，人们可以用电子代替光 来进行双缝实验。在电子双缝实验中，被发射出来的电子会先通过一块开有两条狭缝的板，然后落在一块感光屏上。

实验刚开始的时候，通过双缝的电子会随机地落在感光屏上，似乎并没有规律。但随着落在感光屏上的电子越来越多，一条条明暗相间的条纹就逐渐显现了出来。在明条纹处有较多的电子落在了感光屏上，而在暗条纹处只有较少的电子落下。下面的五张图片显示出了随着时间的推移，落在感光屏上的电子分布：



电子在感光屏上的这种分布模式，简直和杨的双缝试验中光的干涉条纹一模一样。 如果将两条狭缝中的一条关闭的话，这种干涉条纹就立刻消失了。这说明通过两条狭缝的电子 以波的形式产生了某种干涉。

在经典物理学中，电子作为一种粒子，它的运动轨迹被理解为类似于炮弹飞行弹道或是行星运行轨道一样的东西。但在电子双缝干涉试验中，这种粒子却表现出了一种光波一样的波动性。但这还是不是这个实验最令人费解的地方。在电子双缝干涉实验中，最令人费解的是下面这个事实（请大家认真读三遍）：

就算人们把电子一个个地单独发射出来通过双缝，最后所有落在感光屏上的电子还是可以形成干涉条纹。

就算人们把电子一个个地单独发射出来通过双缝，最后所有落在感光屏上的电子还是可以形成干涉条纹。

就算人们把电子一个个地单独发射出来通过双缝，最后所有落在感光屏上的电子还是可以形成干涉条纹。

为什么这是最令人费解的现象呢？请各位认真想想看，对于一个被单独发射出来的电子来说，它在通过其中一条狭缝的时候，它是怎么『知道』在这条狭缝的旁边还有另外一条狭缝，从而『决定』和其他的电子一起形成干涉条纹呢？要知道，对于一个小小的电子来说，两条狭缝之间的距离是一个非常大的尺度。如果把电子的尺寸放大到一个人那么大的话，两条狭缝间的距离可能已经有太阳系直径那么大了。这样的一个小小的电子，它是怎么知道在如此遥远的距离上『有』或者『没有』另一条狭缝呢？

如果你进一步思考这个问题，你会发现到感光屏上干涉条纹的形状是与两条狭缝之间的距离有关的。这就更加 让人感到不可思议了。难道通过狭缝的电子不但『知道』在遥远的地方开着一条狭缝，并且还在一瞬间『测量』出了这两条狭缝之间的距离吗？不然的话，电子们是如何根据狭缝间不同的距离来形成不同的干涉条纹的呢？

最后，对于一个被单独发射出来的孤零零的电子来说，它『不知道』在自己之前已经有多少电子落在了感光屏上，也『不知道』在自己之后还会有多少电子被发射过来。它是如何跟其他电子『约定』好各自在感光屏上的位置来形成干涉条纹的呢？

上面的这几个问题，每一个都在挑战着人类对于这个世界的认知极限。最后，有一群科学家认为，对于这些问题唯一合理的解释就是：每一个电子都同时通过了两条狭缝。

他们认为，电子并不像炮弹那样是按照某种确定的轨迹前进的，而是在空间中以某种概率波的形式前进的。在进行测量前，讨论电子的位置和运动轨迹是没有任何意义的，因为电子在空间的任何一个位置都有可能存在，只是存在的概率不同而已。换句话说，电子在空间中『处处都在，却又处处都不在』。在电子双缝干涉实验中，当电子被发射后，它就以概率波的形式向前传播，并同时穿过了两条狭缝。在这之后，穿过狭缝后的两条概率波之间相互发生了干涉，并形成了新的概率波。当这条新的概率波遇到感光屏时，感光屏的测量行为要求电子必须出现在一个具体的位置，于是电子的概率波就坍缩（Collapse）了，电子根据概率波的分布随机地出现在了感光屏的某处。当感光屏上集聚够足够多的电子之后，人们就可以根据电子的分布观察到两条概率波的干涉条纹。这种理论被称为『哥本哈根解释』（Copenhagen Interpretation），它也是目前对于量子现象的各种解释中被人们最广泛接受的一种理论。

另外一些人认为这种『每一个电子都同时通过了两个狭缝』的解释是一派胡言。他们在狭缝上装上了探测器，来检验一下每个电子到底是不是同时通过了两个狭缝。检测的结果如他们所愿，电子每次都只能通过其中的一个狭缝。但是，只要有一个狭缝上出现了探测器，感光屏上的干涉条纹就神秘地消失了。哥本哈根派的科学家对此解释说，安装探测器这一行为本身就是一种『测量』，它导致了电子概率波在狭缝处提前坍缩。既然概率波已经提前坍缩了，自然也无法在感光屏处形成干涉。

哥本哈根派强调，在测量前，粒子的各种可能性以一种『量子叠加态』的形式同时存在。但一旦进行测量，各种可能性就坍缩成了一种。如果不进行测量，电子就既通过了左缝又通过了右缝。而一旦对电子的行为进行测量，就会导致电子的量子叠加态坍缩成一种，电子将随机地选择一个狭缝通过。

在20世纪的前几十年中，许多科学界的大腕在爱因斯坦的带领下，对哥本哈根派提出了猛烈的抨击和质疑。正是为了反驳（注意是反驳！）哥本哈根派的理论，薛定谔提出了『薛定谔的猫』这个思想实验。

薛定谔敏锐地意识到，之所以世界上最聪明的一帮人会聚在一起讨论『量子叠加态』这种荒谬的概念，是因为哥本哈根派给出的例子都是电子、原子这种大家难以直接观测的微小粒子。对于这些在日常生活中看不见摸不着的东西，随便你怎么形容它们，大家也不会觉得有什么不对。

薛定谔于是决心设计一个思想实验，让大家看到『量子叠加态』是多么荒谬的一个概念。

想象一个放射性原子，薛定谔说，它有50%的几率衰变，也有50%的几率不会衰变。按照哥本哈根派的说法，在对它进行观测前，这个原子同时处于一种『衰变』和『不衰变』的叠加状态。只有当我们对这个原子进行观测时，它才会随机地坍缩成为一种确定的状态。

我们可以设计一个精密的毒气释放装置，并把它与这个原子连接起来。当原子衰变时，会触发装置上的一个开关并释放出毒气。当原子没有衰变时，则什么都不会发生。现在，如果我们把这台装置和一只猫一起放进一个封闭的箱子里，有趣的事情就发生了。

根据哥本哈根派的解释，只要我们不打开箱子进行观察，这个原子就是同时处于『衰变』和『不衰变』的叠加状态。那么箱子里面的仪器自然也是同时处于『释放毒气』和『不释放毒气』的叠加状态。再往下推理，箱子里的猫也是同时处于『死』和『活』的叠加状态。只有当我们打开箱子观察时，这只猫才会随机地选择一种状态出现在我们面前。

一只『既死又活』的猫无疑是十分荒谬的。薛定谔正是通过这个思想实验，把哥本哈根派的观点由一个原子推广到了我们日常生活中的事物中去，从而证明其观点的不合理。但事与愿违的是，哥本哈根解释经过多年的发展，现在仍然是接受度最高的关于量子现象的解释。而薛定谔的这只猫反倒成了关于量子理论最流行的大众文化符号。




哥本哈根解释虽然目前仍然是接受度最高的理论，但它也有一些内在的逻辑瑕疵。比如说，这个『坍缩』到底是怎么回事？为什么没人观察的时候，这些原子可以同时处于几种量子叠加状态，而一有人观察它们就『坍缩』到了一种确定的状态上去？难道我们人类在宇宙之中就这么重要吗？

另外，究竟要需要怎样的一个观测者才能导致量子态的『坍缩』呢？是不是一定要一个量子物理学家进行观测才可以？一个婴儿进行观测可以吗？一只猫、一只老鼠、一个细菌呢？

面对这些难以解释的问题，有人提出了另外一种不同的解释：多宇宙解释（Many Worlds Interpretation）。这也是本节要介绍的量子平行宇宙理论。

有了前面这么长的铺垫，量子平行宇宙理论就很容易理解了。这种理论认为，在我们进行观测时，并没有什么『坍缩』发生，而是整个宇宙分裂成了几个平行宇宙，每个宇宙对应着一个不同的量子结果。例如在电子双缝实验中，当电子通过双缝时，整个宇宙就分裂成了两个平行宇宙。在一个宇宙中电子通过了左缝，在另外一个宇宙中电子通过了右缝，我们只不过被随机地分配到其中的一个宇宙之中而已。如果我们观察到电子通过了左缝，那么在另外一个平行宇宙中，会有一群跟我们一模一样的人观察到电子通过了右缝。

对于薛定谔的猫来说，在我们打开箱子之前宇宙就已经进行了分裂。我们被随机地分配到了『死猫』或者『活猫』宇宙中，只不过我们需要打开箱子才能发现这个结果而已。如果我们打开箱子看到薛定谔的猫活得好好的，那么在另外一个平行宇宙中，我们正围在箱子旁讨论猫为什么死掉了。




那么如何解释电子通过双缝后的干涉条纹呢？既然整个宇宙在电子通过双缝的一刹那已经分裂成两个，那它们之间为什么还能相互影响并形成干涉条纹呢？这是因为当引起宇宙分裂的粒子足够少时，两个平行宇宙之间还可以产生微弱的联系。换句话说，在『左缝宇宙』中的电子还可以感知到『右缝宇宙』的存在，从而与右缝宇宙中的电子进行干涉。而一旦涉及到的粒子数量增多，两个平行宇宙之间的联系就会被切断，用物理学家的话来说，它们的已经退相干了（Decoherence）。这也是为什么每当我们对电子通过那条缝进行观测时，干涉条纹就立刻消失了。因为观测用的仪器和人类都是由数量众多的粒子所组成，这些粒子的介入会切断两个平行宇宙之间的联系，从而导致干涉条纹的消失。

这种多世界解释听起来似乎过于大动干戈，为了解释一个电子通过双缝的问题竟然不惜让整个宇宙进行分裂。但它确实避开了哥本哈根解释中『观察者导致坍缩』这个略显尴尬的问题。虽然哥本哈根解释仍然是当下科学界中最流行的理论，但在几次科学会议上进行的调查问卷中，多世界理论都作为第二受欢迎的选项紧跟其后。

以上，就是本篇回答要向大家介绍的几种平行宇宙理论。

JYWQJUN

有一本科普书《隐藏的现实——平行宇宙是什么》，专门讲平行宇宙的，在此推荐一下。
还有这本书的中文版，是《三体》的作者刘慈欣给作的序。
P.S
这本书的作者Brian Greene另外的两部科普著作也很有名：《宇宙的琴弦》、《宇宙的结构》，而且都已经对应地拍成了纪录片：《优雅的宇宙》、《宇宙的构造》。
另外Brian Greene还在生活大爆炸中客串过，貌似当时是特地给他的这本新书《隐藏的现实》推销的...

隐藏的现实 (豆瓣)

内容简介

自古以来，“宇宙”就意味着“所有的东西”。但在本书中，超级畅销书作家格林将以他那招牌式的睿智和幽默告诉你，我们的宇宙可能并非唯一的宇宙，他会带你游历梦幻般的各种平行宇宙。他将告诉你，我们的宇宙不过是无数平行宇宙中的一个，这些平行宇宙的图景更是匪夷所思：百衲被多重宇宙、暴胀的多重宇宙、弦的多重宇宙、量子多重宇宙、全息多重宇宙、虚拟多重宇宙和终极多重宇宙。即使你对世界的认识不因本书而颠覆，你的视野也会因此极大地拓展。

作者简介

B·格林在哈佛大学获得本科学位，然后取得牛津大学的罗德奖学金，并获得博士学位。1990年，他加入了康奈尔大学的物理系，并于1995年成为正教授。1996年，他成为哥伦比亚大学的数学和物理教授。三十多年来，他在七个大洲的土地上开展了许多科普和专业讲座，公认在超弦理论中有过许多开拓性的发现。他的第一本书《宇宙的琴弦》，是全美畅销书籍，并获得了普利策奖。他最近的一本书《宇宙的结构》也是全美畅销书籍。他住在纽约市的安第斯镇。

目录

壮丽的宇宙云图（代序）
格林与平行宇宙（导读）
作者序
第1章 现实的边界——关于平行世界
第2章 魅影重重——百衲被多重宇宙
第3章 永恒和无穷——暴胀多重宇宙
第4章 自然定律的统一——通向弦论之路
第5章 宇宙，咫尺之遥——膜和循环多重宇宙
第6章 老常数的新思考——景观多重宇宙
第7章 科学和多重宇宙——推理、解释和预言
第8章 量子测量的多重世界——量子多重宇宙
第9章 黑洞与全息宇宙——全息的多重宇宙
第10章 宇宙、计算机和数学现实——虚拟的和终极的多重宇宙
第11章 科学研究的局限性——各种多重宇宙和未来
注释
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主题索引
译后记


以下是大刘的序言

终极多重宇宙
刘慈欣

　　文明的历程，就是人类越看越远的历程，随着视野的延伸，人们所知道的宇宙变得越来越大。

　　我小的时候生活在太行山区，那时远方的山脊线在我眼中曾经是很奇妙的东西，看着那条以空旷的天空为背景的山脊，我总是好奇山的那边会有什么东西，渐渐地开始想象山那边有一个很神奇的世界。对于那时的我，那条山脊线就是世界的边缘。对于人类的远古祖先来说，这种感觉可能常常出现，在那时的人们眼中，可能一个山谷就是世界的全部。

　　不同民族的神话传说中，都出现过覆盖全世界的大洪水的叙述，以至于人们曾认为地球真有过一个大洪水时代。其实这可能是一个误解，因为神话中的“世界”概念与我们今天大不相同，比如最著名的《圣经》中的大洪水，也声称是席卷全世界，但那个世界只是地中海地区极其有限的一个范围，那次洪水也只是一次地区性洪水而已，即使黑海灌入地中海的猜测成立，离现今意义上的世界性洪灾还差得远。

　　后来，人类的世界视野扩展到整个地球，并延伸到星空中，但在相当长的一段时间里，人类所认识的宇宙仍然只有太阳系大小，土星和海王星就是宇宙的边缘。十七世纪末恒星视行差的发现，使人类眼中宇宙的尺度发生了一次巨大的飞跃，但直到二十世纪初，科学家仍然认为银河系就是宇宙的全部。现在，可观测宇宙的尺度已经扩展到百亿光年以上，这是一个人类的想象力已经难以把握的巨大存在，而平行宇宙理论告诉我们，这样一个巨大的宇宙并非存在的全部，可能只是沧海之一粟。

　　我们对多重宇宙理论并不陌生，但大多来源于量子力学的多世界假说，但在这本书中，作者共为我们描述了多达九种可能的多重宇宙，大多以前鲜有听闻，量子力学的那一种反而放到了最后。

　　在这九种平行宇宙中，最为直观的应该是所谓百纳布多重宇宙，我们对宇宙无限的概念并不陌生，在一个无限的宇宙中，相距遥远的区域必然形成无数的多重宇宙，最惊人的推论是：基本粒子的组合方式是有限的，如果宇宙无限，那么必然会出现粒子的组合与我们所在的子宇宙相同的其他子宇宙，而这样的子宇宙也有无穷多个，也就是说我们的世界可能有无数个拷贝。这是一个在数学上最能为我们普通人理解的多重宇宙模型。最为哲学的是所谓终极多重宇宙，设想所有可能的规律和参数都是存在的，都能构成各自的宇宙，甚至包括那些无法用数学计算和表达的规律，这无疑是无穷大中的无穷大了。这样的宇宙动摇了认识论的哲学基础，科学探索是建立在这样的动机上，即试图说明宇宙规律和宇宙参数为什么是现在这个样子，但在终极多重宇宙中，所有的可能性都存在，就像鞋店中有所有尺寸的鞋子，其中必然有合我们脚的那一双，这样一来，探索的意义就大打折扣。除以上两种外，书中还描述了包括弦论在内的现代最前沿的物理学和宇宙学理论所产生的多重宇宙模型，甚至还探讨了可能在计算机中产生的虚拟宇宙。

　　我一直认为，人类历史上最伟大最美妙的故事，不是游吟诗人唱出来的，也不是剧作家和作家写出来的；这样的故事是科学讲出来的。科学所讲的故事，其宏伟壮丽、曲折幽深、惊悚诡异、恐怖神秘，甚至浪漫和多愁善感，都远超出文学的故事。这本书更证明了这个想法。作为一个科幻迷，在读此书时充满了阅读科幻小说的快感，但此书的想象力却远远超越了科幻，其宏大广阔和疯狂的程度是任何科幻小说所不及的，比如弦论中的高维空间形态有10的500次方种之多，由此可能产生同样数量的多重宇宙，而我们所在宇宙所有基本粒子的总和也不过10的90次方；还有那包含一切可能的终极多重宇宙，科幻小说中从来不敢描述这样的概念。读这本书的自始至终，震撼紧跟着震撼，神奇叠加着神奇，书中的思想之辽阔深远，想象力之疯狂，让人头昏目眩。但本书不是科学幻想，其中的每一种多重宇宙模型，都是严谨的科学推论，都有着理论和数学基础，其含金量是科幻所远不能比的。所以，科学不是想象力的桎梏，恰恰是想象力的源泉和翅膀。本书的书名本来叫《宇宙的云图》，我感觉这个书名更贴切一些，在这幅壮丽的云图面前，我们的思想尺度被拉伸到极致，有一种站在无限时空之外的上帝的体验。

　　现代科学，特别是物理学，已经进化到极其深奥的领域，其前沿理论所描述的世界已经远远超出了我们日常的经验范围，而描述这些理论所用的艰深的数学语言也让人望而生畏。而本书的作者格林却有一种伟大的才能，能够把最深奥和晦涩的理论用符合我们现实经验的语言描述出来，不仅能够为我们所理解，而且这些描述鲜活生动，富有美感。这种才能在他之前的一本介绍弦论的书《宇宙的琴弦》中已经表现出来，那是我读过的对包括相对论、量子力学和弦论在内的现代理论物理学介绍得最为清晰明白的一本书，格林的才能在这本书中更是发挥得淋漓尽致。同时，本书的翻译也十分出色，译者对理论物理学和宇宙学有着专业而深刻的理解，用流畅的译文完美地表达了原书的意蕴，本书在高层次的科学传播著作的翻译中可以说是一个典范。

　　说到科学传播，不由生出诸多感慨。相对于有着明确现实意义的应用科学和技术，每个人更应该了解的却是最基础的科学理论，以及其最前沿的进展，因为这是人类眼中宇宙和大自然的最新图景。如果一个人，从降生起直到老死，终生都没有走出过家门，这无疑是十分悲惨的人生。而我们如果在短暂的人生中匆忙而过，对超出我们视觉的宏大和微小的世界毫无了解，每天的思想都在生活和工作的范围里徘徊，那就等于在精神上一辈子没走出过家门，这无疑是人生的一大遗憾。

　　曾经，基础科学的最新理论对社会和人们的思想产生了深刻的影响，哥白尼的日心说、牛顿的古典力学以及达尔文的进化论，莫不如此。但后来，这种影响渐渐消失了，基础科学，特别是理论物理学，变成了象牙塔上的空中楼阁，离社会生活越来越远。如果要找出一个界限的话，那就是量子力学，大众正是在量子力学出现之后才对理论物理学和宇宙学渐渐陌生的。相对于包括相对论在内的、基于决定论的古典理论，量子力学以后的物理学显现出全新的哲学面貌，对人们所习惯和熟悉的认知方式产生了巨大的挑战，特别对一直接受单一哲学教育的中国公众，这种陌生感和挑战就更加明显。

　　于是产生了一个令人不安的现象：在科学技术飞快改变着人类生活的同时，科学的最新的世界观却不为人知，社会公众和科学家眼中的大自然和宇宙差距越来越大，公众眼中的宇宙仍是一幅古典的图景，这种认知的差距可能成为社会进步潜在的最大障碍。

　　例如，现代物理学和宇宙学为我们展示了一个极为广阔的宇宙，而平行宇宙理论的出现，不论书中的九种多重宇宙假说的哪一种成为现实，都使宇宙的广阔又增加了许多个数量极，使人迹未至的广漠空间又复制了无数份。这种宇宙与人类在大小上的反差触目惊心，这种反差其实是一个明确无误的哲学上的启示，召唤着人类走出灰尘般的地球摇篮，去填补那巨大的空白，这种开拓和扩张不仅是文明的使命，更是生命的本质。但是现在，人们显然没有感受到这种召唤，他们仍沉浸在古典的宇宙图景中，在人类中心的幻觉里得过且过。

　　基础科学日益远离大众，有可能使人类躺在技术的安乐窝中再次进入蒙昧时代，社会急需第二次科学启蒙运动，这就使得《隐藏的现实：平行宇宙是什么》这样的优秀的科学传播著作具有不可估量的意义。

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我的理解是这样的：以人类的能力是无法证明平行宇宙存在或者不存在的。这怎么讲呢？
如同游戏的存档，玩到一定时间将进度保存为“存档A”，然后从头开始玩相同的时间，将进度保存为“存档B”，那么“存档A”与“存档B”之间的关系就是平行的，平行就是无交点，无关联，无法穿越互通。同一主人公在不同的存档中可能有不同的属性和身份，与相同NPC之间的关系也可能不同，即使这些属性、关系等因素都巧合的相同，那这样的相同也不能说明存档之间的关联。在不同的存档之间，角色（包括主人公）是相互隔离的，他们在各自存档中的行为不会影响到其他存档。简言之，不同的存档可以同时存在，但不同存档中的世界之间毫无关联。唯一看到全貌的方法是处于一个更高的维度，即玩家在选择读档时显示器前的这个维度，然而这个维度是某一个存档内容中的角色永远无法理解和触及的。即使在操作系统层面将“存档A”复制并重命名为“存档B”，那“存档A”与“存档B”依然是两个相同但毫无关联平行世界。

（图片源自游戏《Papers, Please!》）

世界上最遥远的距离，
不是你在存档A，而我在存档B，
因为两个存档不在同一个“世界”，
也不能用“距离”这个概念表示“遥远”。

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我假设题主指的是量子力学的“多世界诠释”。理解这个问题其实不需要太多复杂的数学形式，它也没有多么玄妙的推理过程，反而是量子力学基本原理的自然推论。

首先，物理学研究的无非是存在与演化，也就是物体的状态和状态随时间的变化规律。量子力学也不例外，因此它的基本原理包括

1. 态函数原理。量子力学中用态函数描述物体的状态。这个函数的意义很抽象，你只需要知道它打包了物体的全部物理信息。

2. 叠加原理。两个可能状态的叠加也是可能的状态。这是量子力学最核心的原理之一，它的含义非常深刻，下面我们也能窥见一斑。对量子力学的诠释，很大程度上就是在回答“什么是叠加态”的问题。[1]

3. 线性性原理。也可以说是“独立演化”原理。被叠加起来的两个状态，随时间独立地演化。换句话说，经历时间后，如果变成了，变成了，那么处于状态的系统会变成。

哥本哈根诠释和多世界诠释都可以用上面3条原理来理解，

首先，我们把宇宙划分为“观察者”和“其余部分”，观察者的状态可以是，其余部分的状态可以是。那么，宇宙整体的状态可以写为

等等，

这里的是直积，我们不用管它的数学含义，只要知道它代表着把两个物体的状态“并列”起来，得到的是整体的状态。当然由于第2条的要求，这些态的和，如，也是可能的物理状态。

接着，我们明确什么叫“测量”：所谓的“测量”，指的是仪器（观察者）和被测对象（其余部分）共同随时间演化的过程。比如我用尺子测量桌子的长度，桌子就是被测对象，我拿着尺子对桌子丈量、用眼睛接收光线、用大脑分析的全部过程，就是我和桌子作为物理客体，共同随时间演化的过程。

另一方面，我们所谓“测量结果”，指的是仪器和被测对象的关联关系，比如当被测对象处于状态时，仪器在测量之后会变成；若对象状态是，则仪器在测量后变为。这就是说，测量之后的整体状态，可以是和，或是两者的叠加（由于第2条原理）。而只要不考虑仪器的误差，就不可能有其它的情况了。[2]

现在，量子测量的不确定性就自然地涌现出来了。如果被测对象处于上述中的一个特定状态，那么测量后的观察者自然也处于对应的或状态。但由于第2条原理，被测对象，或宇宙除去观察者的其余部分，可以处于的叠加状态，那么在经过测量之后，观察者（仪器）会处于什么状态呢？

这个问题很微妙，我们可以首先思考一个更浅显的问题：观察者+宇宙的整体，在测量后处于什么状态？不难想象，由于第3条原理，它的两个分量将独立演化，最终得到的叠加状态。

按照哥本哈根诠释，上面的叠加状态意味着宇宙整体有一定概率处于的状态，还有一定概率处于状态。宇宙在“物理测量”这一神秘的过程中，自发地坍缩进两个状态中的一个，而我们测量到被测对象所处的状态，也将依据一定概率是或。但坍缩究竟是什么呢？是量子力学无法描述的新奇物理过程？还是和人类意识相关的神秘现象？这是很难回答的。为了避免这个难题，就有了多世界诠释。

多世界诠释不对坍缩做任何假设，而是认为宇宙整体在经历测量过程之后，确实处于叠加态。那么测量结果究竟是什么呢？答案是都有。实际上，宇宙状态中的两个分量将随时间独立地演化（原理3），再没有任何交集和关联。这些自此互不相干的不同分量，正是原本宇宙分裂出来的分支。它们在接下来的时间里，将独立地经历两种测量结果下宇宙的全部后续演化过程，并继续不断分裂，最终形成无数个迥然不同的平行分支。最初的“一个宇宙”，将会逐渐变成无数种可能宇宙的叠加态：



而今天的你我，就生活在这表达式的某一项里。

从上面可以看到，平行世界诠释并没有多么神奇，它只是基于量子力学数学形式的自然结论。但我们对量子力学的数学构架应抱以多深的信任？仅仅从人造的数学形式出发，我们就能肯定这样一个强有力的结论吗？我们真的能够因此获得“量子永生”吗？这需要实验来做最终的判决。





[1] 专业的读者会指出，任何态都可以看做其它态的叠加，所以这里我们实际上假设了是本征态，即对应于某个物理量（如位置、速度等等）能取“确定值”的状态。而所谓“物理量”和“取值”，指的正是第6条中的“测量”所定义出的量，以及能被仪器测出的值。

[2] 保证这一点，也就是仪器能确实测量出经典物理量的，是“退相干”过程。