怎么解釋平行宇宙多世界 人們的世界是疊加的
天文地理 由土鳳凰供稿
有沒有辦法繞過這所謂的“塌縮”和“觀測者”,從本應(yīng)研究客觀規(guī)律的物理學(xué)中剔除觀察者的主觀成分呢?關(guān)于平行宇宙多世界的解釋什么呢?
平行宇宙多世界解釋
埃弗雷特提出了一個大膽的想法:如果波函數(shù)沒有“塌縮”,則它必定保持線性增加。也就是說,上述實驗中電子即使再觀測后仍然處在左/右狹縫的疊加狀態(tài)。埃弗雷特由此進(jìn)一步提出:人們的世界也是疊加的,當(dāng)電子穿過雙縫后,處于疊加態(tài)的不僅僅是電子,還包括整個的世界。也就是說,當(dāng)電子經(jīng)過雙縫后,出現(xiàn)了兩個疊加在一起的世界,在其中的一個世界里電子穿過了左邊的狹縫,而在另一個世界里,電子則通過了右邊的狹縫。這樣,波函數(shù)就無需“塌縮”,去隨機(jī)選擇左還是右,因為它表現(xiàn)為兩個世界的疊加:生活在一個世界中的人們發(fā)現(xiàn)在他們那里電子通過了左邊的狹縫,而在另一個世界中,人們觀察到的電子則在右邊。以“薛定諤的貓”來說,埃弗雷特指出兩只貓都是真實的。有一只活貓,有一只死貓,但它們位于不同的世界中。問題并不在于盒子中的發(fā)射性原子是否衰變,而在于它既衰變又不衰變。當(dāng)觀測者向盒子里看時,整個世界分裂成它自己的兩個版本。這兩個版本在其余的各個方面是完全相同的。唯一的區(qū)別在于其中一個版本中,原子衰變了,貓死了;而在另一個版本中,原子沒有衰變,貓還活著。前述所說的“原子衰變了,貓死了;原子沒有衰變,貓還活著”這兩個世界將完全相互獨(dú)立平行地演變下去,就像兩個平行的世界一樣。量子過程造成了“兩個世界”,這就是埃弗雷特前衛(wèi)的“多世界解釋”。
這個解釋的優(yōu)點(diǎn)是:薛定諤方程始終成立,波函數(shù)從不塌縮,由此它簡化了基本理論。它的問題是:設(shè)想過于離奇,付出的代價是這些平行的世界全都是同樣真實的。這就難怪有人說:“在科學(xué)史上,多世界解釋無疑是目前所提出的最大膽、最野心勃勃的理論。”
拓展
從20世紀(jì)20年代起,許多物理學(xué)家都為量子量子力學(xué)中,微觀粒子的狀態(tài)用波函數(shù)(Wave function)來描述。當(dāng)微觀粒子處于某一狀態(tài)時,它的力學(xué)量(如坐標(biāo)、動量、角動量、能量等)一般不具有確定的數(shù)值,而具有一系列可能值,每個可能值以一定的概率出現(xiàn)(宏觀物體處于某一狀態(tài)時,它的力學(xué)量具有確定的數(shù)值)。也就是說,微觀粒子的運(yùn)動具有不確定性和概率性。波函數(shù)就能描述微觀粒子在空間分布的概率。
物理學(xué)中著名的“單電子雙縫干涉”實驗正是微觀粒子運(yùn)動不確定性和隨機(jī)性的體現(xiàn)。在這個實驗中,單電子通過雙縫后竟然發(fā)生了干涉。在經(jīng)典力學(xué)看來,電子在同一時刻只能通過一條縫,它不可能同時通過兩條縫并發(fā)生干涉;而根據(jù)量子力學(xué),電子的運(yùn)動狀態(tài)是以波函數(shù)形式存在,電子有可能在同一時刻既通過這條狹縫,又通過那條狹縫,并發(fā)生干涉。但是,當(dāng)科學(xué)家試圖通過儀器測定電子究竟通過了哪條縫時,永遠(yuǎn)只會在其中的一處發(fā)現(xiàn)電子。兩個儀器也不會同時偵測到電子,電子每次只能通過一條狹縫。這看起來好像是測量者的觀測行為改變了電子的運(yùn)動狀態(tài),這種反常的現(xiàn)象又作何解釋呢,物理學(xué)家玻爾提出了著名的“哥本哈根解釋”:當(dāng)人們未觀測時,電子在兩條縫位置都有存在的概率;但是,一旦被測量了,比如說測得該電子在左縫位置,電子有了準(zhǔn)確的位置,它在該點(diǎn)的概率為1,其他點(diǎn)的概率為0。也就是說,該電子的波函數(shù)在被測量的瞬間“塌縮”到了該點(diǎn)。
玻爾把觀察者及其意識引入了量子力學(xué),使其與微觀粒子的運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生關(guān)系。但觀察者和“塌縮”的解釋并不十分清晰和令人信服,也受到了很多科學(xué)家的質(zhì)疑。例如,塌縮是如何發(fā)生的,是在一瞬間就發(fā)生,還是要等到光子進(jìn)入人們的眼睛并在視網(wǎng)膜上激起電脈沖信號后才開始。
平行宇宙多世界解釋
埃弗雷特提出了一個大膽的想法:如果波函數(shù)沒有“塌縮”,則它必定保持線性增加。也就是說,上述實驗中電子即使再觀測后仍然處在左/右狹縫的疊加狀態(tài)。埃弗雷特由此進(jìn)一步提出:人們的世界也是疊加的,當(dāng)電子穿過雙縫后,處于疊加態(tài)的不僅僅是電子,還包括整個的世界。也就是說,當(dāng)電子經(jīng)過雙縫后,出現(xiàn)了兩個疊加在一起的世界,在其中的一個世界里電子穿過了左邊的狹縫,而在另一個世界里,電子則通過了右邊的狹縫。這樣,波函數(shù)就無需“塌縮”,去隨機(jī)選擇左還是右,因為它表現(xiàn)為兩個世界的疊加:生活在一個世界中的人們發(fā)現(xiàn)在他們那里電子通過了左邊的狹縫,而在另一個世界中,人們觀察到的電子則在右邊。以“薛定諤的貓”來說,埃弗雷特指出兩只貓都是真實的。有一只活貓,有一只死貓,但它們位于不同的世界中。問題并不在于盒子中的發(fā)射性原子是否衰變,而在于它既衰變又不衰變。當(dāng)觀測者向盒子里看時,整個世界分裂成它自己的兩個版本。這兩個版本在其余的各個方面是完全相同的。唯一的區(qū)別在于其中一個版本中,原子衰變了,貓死了;而在另一個版本中,原子沒有衰變,貓還活著。前述所說的“原子衰變了,貓死了;原子沒有衰變,貓還活著”這兩個世界將完全相互獨(dú)立平行地演變下去,就像兩個平行的世界一樣。量子過程造成了“兩個世界”,這就是埃弗雷特前衛(wèi)的“多世界解釋”。
這個解釋的優(yōu)點(diǎn)是:薛定諤方程始終成立,波函數(shù)從不塌縮,由此它簡化了基本理論。它的問題是:設(shè)想過于離奇,付出的代價是這些平行的世界全都是同樣真實的。這就難怪有人說:“在科學(xué)史上,多世界解釋無疑是目前所提出的最大膽、最野心勃勃的理論。”
拓展
從20世紀(jì)20年代起,許多物理學(xué)家都為量子量子力學(xué)中,微觀粒子的狀態(tài)用波函數(shù)(Wave function)來描述。當(dāng)微觀粒子處于某一狀態(tài)時,它的力學(xué)量(如坐標(biāo)、動量、角動量、能量等)一般不具有確定的數(shù)值,而具有一系列可能值,每個可能值以一定的概率出現(xiàn)(宏觀物體處于某一狀態(tài)時,它的力學(xué)量具有確定的數(shù)值)。也就是說,微觀粒子的運(yùn)動具有不確定性和概率性。波函數(shù)就能描述微觀粒子在空間分布的概率。
物理學(xué)中著名的“單電子雙縫干涉”實驗正是微觀粒子運(yùn)動不確定性和隨機(jī)性的體現(xiàn)。在這個實驗中,單電子通過雙縫后竟然發(fā)生了干涉。在經(jīng)典力學(xué)看來,電子在同一時刻只能通過一條縫,它不可能同時通過兩條縫并發(fā)生干涉;而根據(jù)量子力學(xué),電子的運(yùn)動狀態(tài)是以波函數(shù)形式存在,電子有可能在同一時刻既通過這條狹縫,又通過那條狹縫,并發(fā)生干涉。但是,當(dāng)科學(xué)家試圖通過儀器測定電子究竟通過了哪條縫時,永遠(yuǎn)只會在其中的一處發(fā)現(xiàn)電子。兩個儀器也不會同時偵測到電子,電子每次只能通過一條狹縫。這看起來好像是測量者的觀測行為改變了電子的運(yùn)動狀態(tài),這種反常的現(xiàn)象又作何解釋呢,物理學(xué)家玻爾提出了著名的“哥本哈根解釋”:當(dāng)人們未觀測時,電子在兩條縫位置都有存在的概率;但是,一旦被測量了,比如說測得該電子在左縫位置,電子有了準(zhǔn)確的位置,它在該點(diǎn)的概率為1,其他點(diǎn)的概率為0。也就是說,該電子的波函數(shù)在被測量的瞬間“塌縮”到了該點(diǎn)。
玻爾把觀察者及其意識引入了量子力學(xué),使其與微觀粒子的運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生關(guān)系。但觀察者和“塌縮”的解釋并不十分清晰和令人信服,也受到了很多科學(xué)家的質(zhì)疑。例如,塌縮是如何發(fā)生的,是在一瞬間就發(fā)生,還是要等到光子進(jìn)入人們的眼睛并在視網(wǎng)膜上激起電脈沖信號后才開始。
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