物理学术语：平行宇宙教材

平行宇宙

平行宇宙（parallel universes）是指多元宇宙中所包含的各个宇宙。多元宇宙是一个理论上的无限可能存在的宇宙集合，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法则和物理常数。

存在两个宇宙

加州大学圣芭芭拉分校的量子物理学家将一个人类头发丝宽度的微型“划桨”放入到一

个真空罐中，随后他们拨动“划桨”，它同时出现了振动和静止两种量子状态（quantum state）。

从本质上说，那就意味着物体可以同时存在两种状态（或者说存在两个宇宙）。

概念

从广义上讲：平行宇宙就是宇宙在高一维度的空间中多出来的方向上有差值的平行时空。相邻的宇宙在多出来的维度【坐标】上有着不为零的最小差距。多出来的维度便是相对于宇宙的虚时间，可以通过穿越平行宇宙穿越虚时间。

如果只站在宇宙空间【我们的宇宙是三维】的高度看问题，那么平行宇宙不存在。

可以轻松回到过去的时间

了解时间对于物理学来说，是其中一个最大的开放性问题，历史之中哲学家们一直以来也备感困惑。时间是什么？为什么它有方向？这个概念被定义为"时间之矢"(arrow of time)，通常直指时间的不对称性，虽然宇宙中大多数的定律是绝对地对称。

这个问题现在有了更进一步具可能性的解释。加州理工学院物理学家Sean Carroll以及麻省理工学院宇宙学家Alan Guth做了一个模拟实验，发现时间箭头可以自然地来自一个完美对称的方程式系统。

Carroll和Guth的实验结果尚未发表，但他们终于在《New Scientist》中提出讨论。在他们的模拟实验中，包含了大量的粒子在引力之下相互作用，并任意方向的移动。有些粒子自然的聚集在一起，而这个聚集区的熵值低，且之后会在特定的时间方向分开和扩张。而出人意外的是，当你把整个系统镜像化时，熵值仍然在增加，而这也显示出时间的两个方向都是可行的。

像这样的研究调查已经不是第一次，2014年一个国际性的物理学家团队研发出一个简易模式，透过它可以呈现出物理对称定律而只有"明显的"时间之矢。他们的调查结果刊登在《物理评论快报》( Physical Review Letters )当中。他们注意到有时间之矢，但这仅只是从这个系统中的粒子的观点而来，而对于外部观察者而言，时间里则没有特别的方向。

这些科学家公布的内容，当研究出版后，定会受到热烈的争论。而这个模式提供了有趣的观点，不过它无法提供更接近的答案，告诉我们时间是什么；如果有的话，也只是增加了我们对于时间本质及其复杂性的疑问。在此情况下，我同意道格拉斯·亚当斯(Douglas Adams)的诠释："时间是幻象，午餐时间更是加倍如此。"

定义概论

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。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。

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。

提出背景

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。

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。

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。”

发展历程

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