多元宇宙到底有多大

参考消息网5月15日报道据英国《新科学家》周刊网站4月9日报道，根据量子力学的一种新解释，多元宇宙可能比我们认为的要大得多，这种解释描述了由我们每一个决定所创造的平行宇宙的多重领域。

量子力学的理论分歧

量子力学的核心是波函数，这是一个众所周知的抽象数学工具，它非常擅长描述光子、电子和其他量子领域的行为。但是，波函数到底是什么呢？经过近一个世纪的争论，物理学家在如何实现从数学迈向有形物理世界上仍然存在分歧。

在被称为哥本哈根学派诠释的最传统观点中，波函数在数学上描述了物体在被“观察”之前的所有可能状态，这种行为通过“坍缩”波函数使物体处于一种明确的状态。

例如，在“薛定谔的猫”思想实验中，一只猫被放在一个盒子里，当原子衰变时，盒子里会充满毒气。由于原子的行为是量子态，当盒子尚未开启时，猫的波函数同时包含了它活着和死了的状态。当观察者打开盒子时，波函数坍缩，猫要么是死的，要么是活的，只有一种状态，另一种可能性即刻消失。从那时起，它的行为就完全是非量子的，或者说是经典的。一旦被观察到死亡，猫就不会再活过来。

一只既死又活的猫可能让人难以接受，但物理学家休·埃弗里特在20世纪50年代提出的量子力学的另一种观点有着更惊人的含义。在多世界解释中，波函数不会坍缩成一个确定的经典状态，因为它所包含的每个量子状态——许多平行世界中的一个，已经是完全真实的了。当你打开盒子看到一只活着的猫时，另一个世界的另一个你却发现猫已经死了，观察行为产生了两个独立的世界。

无论你喜欢哪种观点，一个悬而未决的大问题仍然存在：我们所认为的经典行为是如何适用于整个宇宙的？

“所有的恒星、星系、行星、生命，都始于非常、非常早期宇宙中的量子波动。随着宇宙的膨胀，这些东西最终变成了经典世界，”加州大学戴维斯分校的阿尔萨兰·阿迪尔说，“量子理论确实经过了成熟的测试，所以我们认同，它是近似正确的理论，但我们想了解经典世界是如何从中产生的。”

“观察者”的定义难题

哥本哈根解释和多世界解释的一个问题是，究竟什么才算“观察者”，这在早期宇宙中尤其是个问题，当时什么都没有，也没有人可以进行观察。为了回避这个问题，阿迪尔和他的同事们开始采用一种不那么以人类为中心的想法，即观察粒子的集合，每个粒子的行为取决于系统中所有粒子的能量结构。

“我们是大而温暖的物体，习惯于与其他大而温暖的物体相互作用，这些物体有具体定位，我们围绕这些东西构建了一些科学故事。但你也可以反过来说，摆脱了我们人类的视角，宇宙实际上给予我们的是最原始的形式，就是一些能量结构。”洛桑联邦理工学院的团队成员佐伊·霍姆斯说。

由于不需要考虑不同的“观察者”，该团队开发了一种算法，可以识别将这些粒子系统划分为子系统的方法。任何子系统都被认为是一种坚实的世界，只要子系统之间的相互作用导致其中一个子系统成为经典世界——实际上就是打开薛定谔思想实验盒子的更通用版本。“你可以把地球和仙女座星系的一部分放在一个子系统中，这是一个完全合理的子系统。”阿迪尔说。

这一新视角揭示了无数新世界领域，超越了简单的生与死的世界，研究人员将其称为多世界理论。要理解其中缘由，就想想决定早餐是喝咖啡还是喝茶的量子版本。在哥本哈根解释中，你做了一个决定，波函数坍缩了。如果你再决定吃吐司还是麦片，第二个波函数也坍缩了。所有这一切都发生在唯一存在的宇宙中。

但在多世界的解释中，想喝咖啡的你和想喝茶的你都存在于平行世界中，每个世界都会根据你决定吃什么而再次分裂成两个世界。

在多世界理论中，你和早餐之间的互动产生了一个由许多世界组成的领域，但更多的世界是从你的世界中不那么直观地划分所形成的子系统，比如你使用的杯子和某个遥远的天体，或者更奇怪的是你的左臂对应着一个子系统而你的右臂对应着另一个子系统。有了更多的视角，每一个视角都会产生一个新世界领域，其净效应正在扩大埃弗里特理论中已经相当庞大的多元宇宙。

多元宇宙的待解之谜

南加州大学多恩西夫分校的保罗·扎纳尔迪说，新理论在分割现实的方式之间实现了“一种操作民主化”，因为它没有仅仅因为它们奇怪或违反直觉而禁止任何子系统的分裂，他认为这是令人信服和满意的。但他说，研究人员用来发现各种子系统划分的算法仍然包含一些假设，比如子系统需要多长时间才能成为经典，因此还有更多数学探索和完善这个理念的空间。

马里兰州约翰斯·霍普金斯大学的肖恩·卡罗尔说：“这是一个优秀、严谨、实用的贡献，有助于越来越多的文献研究如何从量子力学理论框架中提取出类似于我们所体验的经典世界的东西。”

卡罗尔还研究将量子系统划分为子系统，但他发现，与阿迪尔、霍姆斯和他们的同事提出的众多领域相比，创造适当经典世界的有效子系统要少得多。他说，这可能是因为有不同的方法来量化一个系统何时非量子到足以被认为是经典的。

虽然这些问题仍有待解决，但扩大的多元宇宙对我们理解现实究竟意味着什么，即使对研究小组来说，也仍然不清楚。阿迪尔说，他和他的同事目前对他们迄今为止所发现的“本体论结论持不可知论态度”。霍姆斯说，当她感到怀疑时，她担心他们的工作类似于在云朵中寻找形状，而不是反映现实。（编译/文怡)