大众科普：带你如何理解你可能生活在一个平行世界中

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多元宇宙论无处不在。

那多元宇宙呢？

为什么人们认为多元宇宙是存在的呢?

想象自己在另一个维度上的复制品，过着一种几乎与自己完全相同但又不完全相同的生活。

如何向每一个人解释这个问题。

简单问题复杂化

物理学家喜欢图片。说实话，80％的量子力学工作只涉及绘制一系列图片，展示我们感兴趣的东西如何随着时间的推移而变化。

但物理学家有脆弱的自负，不希望你知道这一点。所以他们中的一些人喜欢把他们做的事情复杂化。

认识电子

为了理解为什么在无数平行世界中可能存在你的副本，我们必须从小处着手。

你可能听说过电子。电子是微小的亚原子粒子。出于我们的目的，您可以将电子视为一个非常非常小的球体。

球体可顺时针或逆时针旋转。电子也可以。

量子力学的奇怪之处

像球一样，电子可以顺时针或逆时针旋转。但量子力学说，像电子这样的微小粒子具有超能力：它们可以同时顺时针和逆时针旋转。

天哪！这就是问题所在！

想象一下这是如何工作的，借助颜色来理解：如果顺时针是“白色”，逆时针是“黑色”，那么我所说的是电子可以是“灰色”的。

对于我们大多数人来说，这显然是一个令人困惑的概念，因为我们从来没有看到任何东西同时在两个方向上旋转。但数学表明，这正是发生的事情。

让我们看看我们如何使用我们的符号表示出这种情况。我们将通过使用加号将两个球组合在一起来表明我们的电子一次做两件事：

根据量子力学，这些“灰色”粒子无处不在，同时在两个方向上旋转。

但是如果世界充满了同时顺时针和逆时针旋转的奇怪物体，为什么我从来没有在我的生活中看到过这种情况？

这个问题是所谓的“量子测量悖论（quantum measurement paradox）”的核心。

答案将引导我们直接进入多元宇宙。

讲故事

在我们介绍多元宇宙之前。

想象一下，在一个封闭的盒子里有一个电子。电子旁边有一个特殊的探测器，如果电子顺时针旋转，它将触发探测器，如果它逆时针旋转则不会做任何事情。

如果这个“旋转探测器”发出咔嗒声，它会向枪发出一个信号，然后射击，并杀死一只猫（也在盒子里）。

让我们用我们的符号表示这个场景。如果我们的电子顺时针旋转，这里是探测器打开前的状态：

一分钟后，我们打开探测器。因为电子顺时针旋转，探测器会触发。我们用一点勾选标记（o）表示：

探测器现在将信号发送到枪，枪确定开火：

子弹飞过空中，过了一会儿，猫成为实验的受害者：

与此相比，电子在另一个方向上旋转的情况非常简单。

因为电子以错误的方式旋转，它不会触发探测器，也不会发生任何事情：

这两个故事到目前为止似乎完全合情合理。

但是，如果我们的电子不是简单地开始以某种方式旋转，而是同时在两个方向上旋转呢？

僵尸猫，薛定谔的猫？

量子僵尸猫

我们来讲一个新故事吧。这次，我们的电子以同时顺时针和逆时针旋转状态开始。

这是刚开始绘制时的样子：

现在是最重要的问题：当我们运行电子自旋探测器时会发生什么？它会触发，还是不触发？

根据量子力学，两者都有。一部分是顺时针旋转，一部分是逆时针旋转;就好像探测器被我们的电子一分为二。

第二步：

请注意，我们在红色括号内形成了两个不同的“故事”：一个是电子顺时针旋转而检测器点击，另一个是电子逆时针旋转而探测器没有反应。

接下来，我们等待信号从探测器传播到枪。枪会开火，还是子弹留在膛内？

答案与探测器相同：它将同时完成。

枪将分成两部分，一部分开枪，另一部分没反应：

轮到可怜的猫了！

到现在为止，你可能会猜到它的命运：猫，就像旋转探测器和枪一样，将被分成两部分：一个版本将被子弹击毙，另一个将继续活下去。

请注意，我们现在有两个完全独立的故事来讲述盒子的内容：一个是电子旋转是顺时针方向，枪开了，猫死了。在另一方面，旋转逆时针旋转，枪没有响，猫也活着。

两者都是真的。两者都不比另一个更真实。它们在盒子里共存。

电子是顺时针还是逆时针旋转？两者都有！

是否点击了探测器？两者都有！

这只猫活着还是死了两者都有！

意识魔法

玻尔

你对我刚才讲的故事持怀疑态度。只是因为你从来没见过半死半活的猫。

你甚至可能会说，“很明显量子力学是行不通的，因为我从来没有见过僵尸猫，所以让我们把整件事都忘掉吧。”

但问题是，量子力学是我们所见过的所有宇宙物理理论中(就像字面上说的)最好的预测。所以我们不能把婴儿和洗澡水一起倒掉。（虽然权威和过去并不具说服力，但是它是目前最好的）

不知何故，我们将不得不解释为什么量子力学说应该有僵尸猫存在，但却没有人见过。

这就是一个叫尼尔斯·玻尔的人想要弄明白的。他是第一个真正的尝试解释僵尸猫问题的人。

套用玻尔的话说，“我从来没有见过僵尸猫，但数学告诉我它就在那里。”所以我身上一定有什么特别的东西，迫使猫在我看它的时候选择它的状态(死的或活的)。当我看着它的时候，猫必须被迫从它同时存在/死亡的状态中崩坍出来，要么活着，要么死了(不是两者都是)。”

他可能是用丹麦语说的，但这基本上就是大意。

虽然这确实解释了为什么我们从来没有见过僵尸猫，但今天许多人认为把它引入简直就是胡扯，简直就是故事里的魔法！

当时，物理学界对这个问题不知所措，所以大多数人都加入了波尔的行列。

但波尔的解释有一些漏洞，没人能完全补上:

1）是什么让人类如此特殊，以至于人类可以迫使一个量子系统(比如我们的电子/探测器/枪/猫系统)崩坍成一个单一的、定义明确的状态(比如“死”或“活”)?

2）猫有能力破坏电子/探测器/枪组合的状态吗?一只猴子呢?

3）枪和探测器呢?为什么它们不能折叠电子的状态?

有些人开始抛出一些相当新的术语来回应1。

“是人类的意识让僵尸猫变成了活猫或死猫!”

“观察行为影响量子系统，并导致它做出选择!”

撇开人们完全不清楚“意识”或“观察者”是什么意思这一事实不谈，我们仍然有问题2和3要处理。

多元宇宙

艾弗雷特

幸运的是，这个故事并没有在这里结束。在20世纪50年代，一个名叫休·艾弗雷特三世的家伙提出了另一种方式来解释我们为什么不在我们身边看到僵尸猫。

艾弗雷特说:“听着，你们这些白痴。是什么让你觉得自己比一只该死的猫强这么多?

艾弗雷特所得到的是，我们真的不应该认为人类在任何方面都是特殊的。相反，他建议将自己视为量子对象，我们可以把它放在一个盒子里，就像猫，枪和探测器一样。

让我们看看它会如何发挥作用。我们将采用我们的僵尸猫盒，并明确地将实验者/观察者添加为我们系统的另一部分，就像其他所有东西一样。

在实验者看到盒子内部之前，这是我们的系统看起来如何：

现在他看着里面。就像猫，枪和探测器一样，他也分为两个不同的自己副本：

现在想象一下问实验者 - 他的两个版本 - 实验的结果是什么。

那只猫死了吗？一个版本将给出明确的“是”，另一个版本将给出明确的“否”。

你有没有看到猫同时活着？他们都给出了明显的答案：“当然不是，这是一个多么愚蠢的问题。”

在每种情况下，实验者只能看到一个结果：猫是活着的还是死的，但从来没有两个，即使量子力学的定律说猫的两个版本确实存在。

实验者没有注意到，因为他被困在这两个时间轴中的一个，无法看到另一个。

这就是艾弗雷特的观点：我们从未见过僵尸猫或半射不射的枪是因为我们看到这些物体的那一刻，我们自己被分成多个时间轴，我们不同的版本经历了不同的事 。

到目前为止，我一直把猫活着和猫死了——称为“故事”或“时间轴”，但你也可以用另一个词“宇宙”。这是因为所有关于“活着”和“死去”的时间轴都将从这一点开始发生戏剧性的变化。

例如，看到这只死猫的实验人员可能会非常难过，以至于他最终辞掉了工作，再也没有发明一项关键技术，否则，这项技术将造福人类。

有趣的是，“活的”和“死的”宇宙之间的巨大差异都是由一个微小电子的自旋引起的。

由于电子和其他粒子在我们周围过着平行的生活，我们的多元宇宙不断分裂，产生新的时间线或宇宙，每一种可能的相互作用都会产生结果，即平行世界！

这就是全部。


原文地址：今日头条