所以正在阅读这篇文章的又是那个“你”呢?
一些化学学家觉得,量子热学中的“波函数”可能是数学实体(意为在现实世界中真实存在,而非纯物理抒发)。假如真是这样,这么波函数的叠加最终可能会制造出无穷多个“平行宇宙”。该怎么理解这一叙述呢?
量子热学觉得物质有类似波的特点(物质波)。最早强调这一点的是日本化学学家路易斯·德·布罗意(Louisde)。他觉得每一个亚原子粒子都有与之相对应的波,如同光同时拥有粒子和波的特点一样。
这一点早已被否认。实验表明电子在被薄箔散射后所表现下来的特点更像波而非粒子。但物质波到底是哪些?
初期的量子化学学家如欧文·薛定谔(ErwinSchrö)相信,粒子在空间中是以波的形态扩散的。他的薛定谔多项式,就是拿来描述波的行为的。但在许多实验中,薛定谔的这一看法不创立。例如虽然电子在空间中有波的行为特征,但它一旦到达终点,就是单一的粒子。它未能在空间中扩散。
为了解决这一困局,化学学家们进行了所谓的“哥本哈根解释()”。这一解释在当前占主导地位。它觉得量子物理纠缠态,物质的波状特点可以用“波函数”来表示。但波函数不是数学实在,只是物理叙述。它仅拿来描述某个亚原子粒子可能会在何处出现,是一片所谓的“概率云”。
但“哥本哈根解释”依然不完美。如同薛定谔强调的那样,它仍然难以说清,为何当我们对机率云进行观测时,它会塌缩为一个特定值。
德·布罗意以前觉得量子物理纠缠态,波函数可能是一种数学实在,其真实性不亚于粒子本身。其实他后来舍弃了这个看法,然而后来的一些化学学家,例如休·艾弗雷特(Hugh)却和他有相同想法。
如果波函数是一种数学实在,“哥本哈根解释”中的“测量问题”就可以得到解决,由于它避开了检测成为破坏波函数的“超特殊”过程。
所谓的检测,虽然是一系列量子粒子和波函数与另外一系列量子粒子和波函数的互相作用。
比如我们制造了一台传感,并向其发射一个电子。在亚原子粒子这个级别上,电子并不晓得它正在被检测。它只是击中了传感上的一个原子,原子顺着线路发出联通号(由更多的电子组成),组成联通号的电子与显示器互相作用,释放出光子,撞上我们眼里的分子。
假如波函数是数学实在,这么每位单一粒子都有自己的波函数。而所有粒子和所有波函数就会彼此影响,我们可以药量子力学工具来对它们的行为进行预测。
波函数让量子粒子拥有一个特别有趣的特点。当两个粒子互相影响时,它们并非硬拼,而是会将它们的波函数叠加在一起。
叠加后这两个粒子将共用一个波函数。有意思的是当这两个粒子再度分离后,它们仍然共用一个波函数。这就是所谓的“量子纠缠”,爱因斯坦称之为“幽灵般的超距作用”。
此时当我们反溯所有检测步骤,都会发觉因为波函数的叠加,发生了一系列的纠缠。电子与传感上的原子纠缠,原子与线路中的电子纠缠。虽然是我们脑中的粒子也会与外界的粒子纠缠,因而于宇宙中的所有粒子就会互相纠缠。
每发生一次新的纠缠,我们就会得到一个可以描述所有相关粒子的单一波函数。因而如果波函数真的是化学实在,这么很显著,宇宙作为一个整体也能用一个单一的波函数来描述。
这就是量子热学中的所谓“多世界(many)”解释。它源自人们对观测过程的探究。在量子热学中,我们永远也难以确知一个粒子下一步会有哪些样的行为。其实它会向下走,显然它会向上。“多世界”解释觉得,每当量子粒子与其它粒子发生互相作用,整体波函数(wave)都会分裂为多个段(),为不同的宇宙带来不同的可能性。
而这就是所谓“多元宇宙”,或“平行宇宙”概念的出处。粒子之间的纠缠,会持续不断地制造出一个又一个宇宙的复制品。这种宇宙基本相同,只在个别随机的量子过程中存在微小差别。也就是说,此刻正有无数个“你”正在阅读这篇文章,但是这种“你”大同小异,仅在个别微小的量子细节上有差别。
“多世界”解释仍然带有很强的猜想性,在有些地方仍然语焉不详,例如它说不清波函数的分裂到底是怎么展开的。但它还是向我们展示了量子热学的强悍,并为我们提供了一种有趣的新宇宙观。
所以正在阅读这篇文章的又是那个你呢?
参考
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