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日志

 
 

平行宇宙parallel universes  

2017-11-11 16:17:51|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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平行宇宙

 

(物理学术语)

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多元宇宙是一个理论上的无限个或有限个可能的宇宙的集合,包括了一切存在和可能存在的事物:所有的空间、时间、物质、能量以及描述它们的物理定律和物理常数。多元宇宙所包含的各个宇宙被称为平行宇宙(parallel universes)。
在20世纪50年代,有的物理学家在观察量子的时候,发现每次观察的量子状态都不相同。而由于宇宙空间的所有物质都是由量子组成,所以这些科学家推测既然每个量子都有不同的状态,那么宇宙也有可能并不只是一个,而是由多个类似的宇宙组成。平行宇宙概念的提出,得益于现代量子力学的科学发现。有学者描述平行宇宙时用了这样的比喻,它们可能处于同一空间体系,但时间体系不同,就好像同在一条铁路线上疾驰的先后两列火车;它们有可能处于同一时间体系,但空间体系不同,就好像同时行驶在立交桥上下两层通道中的小汽车。
中文名
平行宇宙
外文名
parallel universes
别    称
平行世界,平行次元,多元宇宙,代替宇宙
提出者
休·埃弗雷特
提出时间
20世纪50年代
应用学科
物理
适用领域范围
理论天文学、架空世界
适用领域范围
宇宙学、思想学

基本概要

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平行宇宙是指从某个宇宙中分离出来,与原宇宙平行存在着的既相似又不同的其他宇宙。
平行宇宙
平行宇宙(10张)
 在这些宇宙中,也有和我们的宇宙以相同的条件诞生的宇宙,还有可能存在着和人类居住的星球相同的、或是具有相同历史的行星,也可能存在着跟人类完全相同的人。同时,在这些不同的宇宙里,事物的发展会有不同的结果:在我们的宇宙中已经灭绝的物种在另一个宇宙中可能正在不断进化,生生不息。
相互平行的两个宇宙,既不重合,也不相交,可谓“井水不犯河水”。虽然有时通过一些偶然的事件,两个宇宙能相互感知对方的存在;但一般而言,仍是“鸡犬之声相闻,老死不相往来”。
有学者描述平行宇宙时用了这样的比喻,它们可能处于同一空间体系,但时间体系不同,就好像同在一条铁路线上疾驰的先后两列火车;它们有可能处于同一时间体系,但空间体系不同,就好像同时行驶在立交桥上下两层通道中的小汽车。[1-2]  [3] 

提出背景

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平行宇宙的概念,并不是因为时间旅行悖论提出来的,它是来自量子力学,因为量子力学有一个不确定性,就是量子的不确定性。平行宇宙概念的提出,得益于现代量子力学的科学发现。在20世纪50年代,有的物理学家在观察量子的时候,发现每次观察的量子状态都不相同。而由于宇宙空间的所有物质都是由量子组成,所以这些科学家推测既然每个量子都有不同的状态,那么宇宙也有可能并不只是一个,而是由多个类似的宇宙组成。[4] 

哥本哈根解释

从20世纪20年代起,许多物理学家都为量子量子力学中,微观粒子的状态用波函数(Wave function)来描述。当微观粒子处于某一状态时,它的力学量(如坐标、动量、角动量、能量等)一般不具有确定的数值,而具有一系列可能值,每个可能值以一定的概率出现(宏观物体处于某一状态时,它的力学量具有确定的数值)。也就是说,微观粒子的运动具有不确定性和概率性。波函数就能描述微观粒子在空间分布的概率。
物理学中著名的“单电子双缝干涉”实验正是微观粒子运动不确定性和随机性的体现。在这个实验中,单电子通过双缝后竟然发生了干涉。在经典力学看来,电子在同一时刻只能通过一条缝,它不可能同时通过两条缝并发生干涉;而根据量子力学,电子的运动状态是以波函数形式存在,电子有可能在同一时刻既通过这条狭缝,又通过那条狭缝,并发生干涉。但是,当科学家试图通过仪器测定电子究竟通过了哪条缝时,永远只会在其中的一处发现电子。两个仪器也不会同时侦测到电子,电子每次只能通过一条狭缝。这看起来好像是测量者的观测行为改变了电子的运动状态,这种反常的现象又作何解释呢,物理学家玻尔提出了著名的“哥本哈根解释”:当人们未观测时,电子在两条缝位置都有存在的概率;但是,一旦被测量了,比如说测得该电子在左缝位置,电子有了准确的位置,它在该点的概率为1,其他点的概率为0。也就是说,该电子的波函数在被测量的瞬间“塌缩”到了该点。
玻尔把观察者及其意识引入了量子力学,使其与微观粒子的运动状态发生关系。但观察者和“塌缩”的解释并不十分清晰和令人信服,也受到了很多科学家的质疑。例如,塌缩是如何发生的,是在一瞬间就发生,还是要等到光子进入人们的眼睛并在视网膜上激起电脉冲信号后才开始。[2]  [5] 

多世界解释

那么,有没有办法绕过这所谓的“塌缩”和“观测者”,从本应研究客观规律的物理学中剔除观察者的主观成分呢。
埃弗雷特提出了一个大胆的想法:如果波函数没有“塌缩”,则它必定保持线性增加。也就是说,上述实验中电子即使再观测后仍然处在左/右狭缝的叠加状态。埃弗雷特由此进一步提出:人们的世界也是叠加的,当电子穿过双缝后,处于叠加态的不仅仅是电子,还包括整个的世界。也就是说,当电子经过双缝后,出现了两个叠加在一起的世界,在其中的一个世界里电子穿过了左边的狭缝,而在另一个世界里,电子则通过了右边的狭缝。这样,波函数就无需“塌缩”,去随机选择左还是右,因为它表现为两个世界的叠加:生活在一个世界中的人们发现在他们那里电子通过了左边的狭缝,而在另一个世界中,人们观察到的电子则在右边。以“薛定谔的猫”来说,埃弗雷特指出两只猫都是真实的。有一只活猫,有一只死猫,但它们位于不同的世界中。问题并不在于盒子中的发射性原子是否衰变,而在于它既衰变又不衰变。当观测者向盒子里看时,整个世界分裂成它自己的两个版本。这两个版本在其余的各个方面是完全相同的。唯一的区别在于其中一个版本中,原子衰变了,猫死了;而在另一个版本中,原子没有衰变,猫还活着。前述所说的“原子衰变了,猫死了;原子没有衰变,猫还活着”这两个世界将完全相互独立平行地演变下去,就像两个平行的世界一样。量子过程造成了“两个世界”,这就是埃弗雷特前卫的“多世界解释”。
这个解释的优点是:薛定谔方程始终成立,波函数从不塌缩,由此它简化了基本理论。它的问题是:设想过于离奇,付出的代价是这些平行的世界全都是同样真实的。这就难怪有人说:“在科学史上,多世界解释无疑是目前所提出的最大胆、最野心勃勃的理论。”[2]  [6] 

发展历程

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思想雏形

公元前5世纪,德谟克利特就提出“无数世界”的概念,认为“无数世界”是原子通过自身运动形成的。他说:“原子在虚空中任意移动着,而由于它们那种急剧、凌乱的运动,就彼此碰撞了,并且,在彼此碰在一起时,因为有各种各样的形状,就彼此勾结起来,这样就形成了世界及其中的事物,或毋宁说形成了无数世界。”
公元前1世纪,卢克莱修指出,在我们这个“可见的世界”之外还存在着“其他的世界”,居住着“其他的人类和野兽的种族。”
公元前4世纪,伊壁鸠鲁表述了世界多元性的思想:“存在着无限多个世界,它们有的像我们的世界,有的不像我们的世界。”“在一切世界里,都有我们这个世界里所见到的动物、植物以及其他事物。”
莱布尼茨提出了他的“可能世界”的概念,设想在必然世界(可观测的宇宙)范围之外还存在着无穷多个“可能世界”。他认为世界由无限的单子组合而成,单子之间没有因果关系,而是某种前定的和谐关系,单子虽然各自独立,但它们之间有品极高低的差异。莱布尼兹把某个现实事件的出现,例如,具体的人,阐释为许多单子组合的结果,各种不同的组合的结果与单子中更胜一筹的单子的主导作用有关。这意味着世界可以用不同的样子,任何事件都是偶发的,甚至整个宇宙也是如此。[7-8] 

正式提出

物理学家埃弗雷特提出了自己对量子测量问题的想法。他指出,在量子力学中,存在多个平行的世界,在每个世界中,每次量子力学测量的结果各自不同,因此不同的历史发生在不同的平行宇宙中。多世界解释认为,对测量装置的观察,会使得测量装置被分解为两个。并且在这个测量链上,这种分解会不断地进行下去。伴随着这种分解,一定有一个完全的宇宙的复制。也就是说,只要有一个量子测量发生,那么,每个宇宙分支,以及这个分支中的分量就会导致一个可能的测量结果。每个处在特殊宇宙分支中的人都会认为,他的测量结果和所处的宇宙是唯一存在的。也就是说,一次测量产生了一次新的宇宙。这些各自不同的新宇宙,除非完全相同,否则绝无重合的可能。这一理论的发表,标志着平行宇宙概念的正式提出。[9-10] 

研究现状

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存在证据

宇宙学家认为平行宇宙有可能被探测到,当人们所在的宇宙与另一个平行宇宙之间发生碰撞时,会在宇宙微波背景辐射中留下痕迹。一旦轨道望远镜发现背景辐射中的可疑痕迹,暗示这可能是来自另一个平行宇宙。英国天文学家称找到了支持平行宇宙论的证据。通过对宇宙微波背景辐射图的研究,他们发现了四个由“宇宙摩擦”形成的圆形图案,这表明我们的宇宙可能至少4次进入过其他宇宙。
CMB分布图
CMB分布图(2张)
2007年8月,科学家在研究宇宙微波背景辐射(CMB)信号时发现了一个巨大的冷斑(cold spot),其中完全是“空”的,没有任何的正常物质或者暗物质,也没有辐射信号,为什么宇宙中会存在如此怪异的时空。为了寻找这个答案,科学家认为这是另一个宇宙的证据,冷斑现象可能使得宇宙学家推出一种结论,暗示人们所处的宇宙之外还存在平行宇宙。科学家通过普朗克望远镜观测到的辐射数据发现我们的宇宙可能是10亿个宇宙中的一个,第一次有证据显示平行宇宙是存在的。
普朗克望远镜绘制的地图显示了微波背景辐射的分布情况,科学家认为大爆炸后期残留的辐射均匀分布于宇宙空间中,尤其是在南天。北卡罗莱纳州大学教堂山分校理论物理学家劳拉·梅尔西尼-霍顿博士与来自卡内基·梅隆大学教授理查德·霍尔曼在2005年就预言了异常辐射的存在,并认为由于平行宇宙的存在导致了辐射分布异常。梅尔西尼-霍顿博士认为普朗克探测器的数据支持了平行宇宙存在的假设,这意味着在人们所处的宇宙之外还存在无限多的宇宙,正是由于其他宇宙的拖拽效应使得南天出现分布不均的辐射。
根据普朗克探测器的数据,梅尔西尼霍顿博士认为自己的假设已经被证明,在人们所处的宇宙之外还存在更多的平行宇宙,由于这些宇宙的存在,导致了背景辐射的异常,这一切都体现在宇宙学理论无法解释的冷斑时空中。隶属于欧空局的普朗克空间望远镜具有非常高的观测精度,其绘制的精确CMB图像为科学家打开了一扇通往另一个时空的大门。
据《星期日泰晤士报》称,剑桥大学理论物理学教授马尔科姆·佩瑞认为,该发现有极高的可能来佐证“多重宇宙”的存在。他的同事天体物理学教授乔治·埃弗斯塔西欧对此也表示支持:“多重宇宙的论调现在听起来仍然让有些人感到怪异,这情况就像当年大爆炸理论的提出一样。不过,现今我们已经掌握了有力的证据,这必将彻底改变人们对于宇宙的认知。”[11-15] 

理论进展

2014年10月31日,物理学家称,“平行宇宙”的确存在,给不同版本的“我们”提供生存空间。不仅如此,平行宇宙之间还会相互影响,所以才会出现微观层面种种奇怪的物理学现象。澳大利亚格里菲斯大学和美国加州大学学者联合提出上述理论。他们认为,平行宇宙不仅存在,而且相互影响,并非各自独立地发展变化;而相互作用,恰好能够解释微观物理研究发现的粒子奇怪的反应。
格里菲斯大学物理学教授霍华德·威斯曼说:“大概在1957年左右,量子物理学界出现了平行宇宙的想法。照此推断,量子测量每进行一次,一个宇宙就会产生出新的分支宇宙。所以就产生了无数的可能性——在有的宇宙里,陨石没有砸中地球,恐龙们幸存下来。再换一个宇宙,澳大利亚就成了葡萄牙人的殖民地了。
威斯曼和同事们认为,人们所处的宇宙不过是浩如烟海的众多的宇宙中的沧海一粟。这些宇宙同时存在,有的和人们所在的宇宙相似,有的则大不相同。威斯曼还表示,比较“靠近”的宇宙会相互排斥,增加相互之间的差异。[16] 
2015年,西班牙《趣味》月刊1月号报道,该领域最权威的两大专家、物理学家安德烈·林德和阿兰·古思认为,即便存在其他的宇宙,也是在离我们非常遥远的空间,我们永远不会与其发生接触;他们的同行保罗·J·斯坦哈特和尼尔·图罗克择坚持认为平行宇宙存在于不同的时间点;而马克斯·特格马克和已故科学家丹尼斯·夏默则认为其他的宇宙与我们所在的时空是彻底远离的。[17] 
https://baike.baidu.com/item/%E5%B9%B3%E8%A1%8C%E5%AE%87%E5%AE%99/69962
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