量子力学杂谈

平行宇宙杂谈

我对量子力学的认识最早开始于大一下的选修课——《科幻电影中所钟情的物理情节》，这节课主要是欣赏科幻电影，看了《地心抢险记》、《源代码》、《人猿大战》等等，看似天马行空完全背离现实的电影却蕴含了很多量子力学方面的知识，比如说平行宇宙，时光穿梭等等，这些理论知识还不太完善，被运用在科幻电影中，激起了我对量子力学的兴趣。

今天我想从《源代码》这部科幻电影中谈一下我对量子力学中平行宇宙这一概念的理解，这部电影主要讲了一个已经在阿富汗战争中阵亡的上尉，被选中执行一项特殊任务，这任务隶属于一个名叫“源代码”的政府实验项目。在科学家的监控下，利用特殊仪器，上尉可以反复“穿越”到一名在列车爆炸案中遇害的死者身体里，但每次只能回到爆炸前最后的8分钟，理论上，“源代码”并不是时光机器，“回到”过去的上尉无法改变列车已经爆炸的事实，也并不能阻止爆炸发生。之所以大费周折让受过军方专业训练的上尉“身临其境”，是因为制造这起爆炸的凶手宣称将于6小时后在芝加哥市中心制造另一次更大规模的恐怖行动。为了避免上百万人丧生，上尉不得不争分夺秒，在“源代码”中一次次地“穿越”收集线索，在这爆炸前最后的“8分钟”里寻找到元凶。但最后他却请求看护人员拔掉了自己的生命系统，永远的活在了源代码中的世界……

通过这部电影，我特别感到惊奇的是人能同时存在多个世界中，每个世界互不相干，即使你在这个世界死了，你依然能存在另外的一

个世界。这就是所谓的平行宇宙，平行宇宙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。

平行宇宙在量子力学中的概念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。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。

这里我还想讲一下量子力学老师讲的一个小故事——薛定谔的猫，这也是量子力学上饱受争议的一件事情，薛定谔的猫是关于量子理论的一个理想实验。电子开关由放射性原子控制。如果原子核衰变，则放出阿尔法粒子，触动电子开关，锤子落下，砸碎毒药瓶，释放出里面的氰化物气体，猫必死无疑。原子核的衰变是随机事件，物理学家所能精确知道的只是半衰期--衰变一半所需要的时间。如果一种放射性元素的半衰期是一天，则过一天，该元素就少了一半，再过一天，就少了剩下的一半。物理学家却无法知道，它在什么时候衰变，上午，还是下午。当然，物理学家知道它在上午或下午衰变的几率--也就是猫在上午或者下午死亡的几率。如果我们不揭开密室的盖子，根据我们在日常生活中的经验，可以认定，猫或者死，或者活。这是它的两

种本征态。如果我们用薛定谔方程来描述薛定谔猫，则只能说，它处于一种活与不活的叠加态。我们只有在揭开盖子的一瞬间，才能确切地知道猫是死是活。此时，猫构成的波函数由叠加态立即收缩到某一个本征态（即波函数坍塌现象）。量子理论认为:如果没有揭开盖子，进行观察，我们永远也不知道猫是死是活，它将永远处于半死不活的叠加态，可这使微观不确定原理变成了宏观不确定原理，客观规律不以人的意志为转移，猫既活又死违背了逻辑思维。

简单的讲就是比如有只猫，有的人认为它死了，有的认为它还活着，对不明真相的我们来说，它既不是死了也不是活着，而是处在死与活的叠加态中，这就是薛定谔的猫，那死与活的叠加态又与现实中人们所认识的只有死活二种状态所违背，这就完全解释不通了，但是这个时候用平行宇宙就能很好的解释清楚了，猫存在二种状态，在这个宇宙它是死的，另外一个世界它是活的，即半死不活的叠加态。

平行宇宙多世界解释无疑是目前所提出的最大胆的理，我觉得恰巧是这种不着边际的假设反而促进了量子力学的发展，很多人想去证明它不存在，想推翻它的理论，结果在实验中却发现了别的现象，或者另外方面的发现，甚至发现，如果平行宇宙存在，很多东西说不通。但不存在更多现象解释不通了……然后大家又会提出新的理论，然后会有新的问题出现，周而复始，量子力学就是这样在不断争议中不断地发展起来的.

到现在为止，支持和反对平行宇宙的声音一直没断过。

支持平行宇宙的得从一个著名的实验开始讲——单电子双缝干涉，这个实验正是微观粒子运动不确定性和随机性的体现，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，也就是说，该电子的波函数在被测量的瞬间“塌缩”到了该点。绕过这所谓的塌缩和观测者，就只有大胆的假设平行宇宙能很好地解释这个现象了。

当然在物理学家埃弗雷特提出之后，现代又有很多科学家发现了它的存在，甚至开始研究起平行宇宙究竟有几层了，2007年 8月，科学家在研究宇宙微波背景辐射信号时发现了一个巨大的冷斑，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。

但是同时反对它的人也不少，他们认为平行宇宙理论缺乏对经验主义的关联性以及可测性，同时缺乏物理学上的证据和可否定性，因为这个理论以目前的科学方法无法证实或否定，而且这些理论目前而言太过形而上学且只是在数学结构上有可能而已；对宇宙微波背景辐射和宇宙物质大规模分布的测量的改进可能会否定或实证其中两种的平行宇宙存在的可能性，并进而能证实或否定开放宇宙理论和混乱暴胀理论，意即平行宇宙理论最少在某种程度上是可测的。但是谁也没有测出来。

时间本身是不存在的，时间本质上是固定不变的，时间是一个点而不是一条线，一切物质都只能在这个点上不断变化而已。没办法跳回去。时间不可逆转，化学中物质变化后可以逆转，但逆转后的物质早已不是变化前的物质了，尽管在结构上相同。还有时空穿越会产生祖父悖论又该怎么解释？

在我看来平行宇宙是否存在，现在下定论还为时过早，在今后几十年，随着宇宙测量技术的巨大进步，通过诸如宇宙微波背景辐射探测、大尺度物质分布测量等展成为一种全新的理论，能解释更多的现象……

人们对宇宙的无止境的探索，永远不会有尽头，在量子力学中我们就是要大胆的猜想，别怕嘲笑，存在即合理。举个例子亚里士多德认为凡是运动的物体，一定有推动者在推着它运动，这建立在日常经验上。若你看到一个东西在移动，你就会寻找一个推动它的东西(像是我们的手、身体)，但是却忽略了空气阻力。后来又被牛顿的经典