真的有另一個「你」，生活在另一個宇宙嗎？

科技 07-25

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人......與所有已知和不可知的現實之間存在著千絲萬縷的聯繫......從海上磷光點點的浮游生物到飛旋的星系，直至膨脹著的宇宙，一切都被時間的彈性之弦綁在一起。立足海隅，放眼星際，再回眸海隅，這是明智的做法。

——《科爾茨海航星記》

2011年7月，在奧地利的特勞恩湖邊聚集了一群物理學家、哲學家和數學家。他們參加了一次主題為「量子物理和實在的本質」的會議，在會議的最後，有33個人被邀請對會議討論主題進行一次投票。其中有一個問題是：「你最喜歡哪一個量子力學詮釋？」[1]值得注意的是，問題中的「喜歡」一詞含義深遠。或許你會納悶難道科學不是由實驗和觀測所決定，而是由個人偏好所定？到目前為止，量子物理的實驗在這個問題上保持沉默。

投票的結果。在此之前，Max Tegmark分別於1997年的馬里蘭大學量子力學會議和2010年在哈佛大學的演講中也邀請了不同的物理學家對該問題進行投票[2]。（圖片來源：M. Schlosshauer et al.）

投票的結果顯示，最受歡迎的詮釋是由玻爾、海森堡等人在量子理論剛發展起來的時候提出來的。今天我們稱之為哥本哈根詮釋(Copenhagen Interpretation)。其它的選項可能大部分你都沒聽過，比如量子貝葉斯論、玻姆詮釋、客觀坍縮理論、關係性詮釋等等。當然，也許你也沒聽過哥本哈根解釋。

在這些投票中，最值得注意的是排在第三位的多世界詮釋(Many Worlds Interpretation)。你肯定聽過這麼一個想法：有許多個你，生活在不同的宇宙中，不同版本的你很可能正做著你現在所夢寐以求或不敢做的事情。這聽起來如科幻版的畫面正是多世界詮釋所告訴我們的。

這是多麼誘人的想法啊！但你只要稍微嚴謹一點，就會覺得這根本不可能啊，因為沒有人知道如何檢驗它，這個想法或許都不能稱得上是科學的。用泡利的話說是：「這不只不正確，甚至連錯都算不上」。但是，在過去，多世界詮釋吸引了越來越多的支持者。為什麼？為了理解，我們必須知道為什麼在量子力學建立的百年之後物理學家依舊聚在一起為它的真正含義而辯論。

自量子力學發展至今，它有著驚人的成功，通過了目前所有的實驗檢驗。事實上，要找到一個比它更加成功的科學理論是非常艱難的。它可以以非常高的精確度預測許多現象，從天空的顏色到玻璃的透明度，從酶的運作方式到太陽如何閃閃發亮，都可以由量子力學預測。（即使如此，一些物理學家依舊對量子力學的基本問題感到憂心忡忡。比如諾貝爾得主溫伯格在2016年的帕特魯斯基講座中就表達了他對量子力學越來越不滿意。）

實際的計算其實很複雜，任何比氫原子複雜的系統都需要進行簡化和近似。但計算依然可靠，因此大多數物理學家、化學家和工程師在使用量子理論解決實際問題時都不需要去任何會議討論實在的本質。

而另一方面，我們又不得不面臨量子理論所預測的一些奇怪的行為。例如方程中暗示了非常小的實體，比如原子或亞原子粒子，可以同時處於不同的位置。一個電子看起來好像同時會穿過兩個孔，併產生干涉，表現的跟波一樣。更重要的是，我們無法同時知道關於一個粒子的所有信息：海森堡的不確定性原理禁止了這一可能性。而且兩個粒子可以無視距離的限制相互產生瞬時的影響，明顯地違反了愛因斯坦的狹義相對論。

一般情況下，量子科學家都會接受這些看似怪異的現象。因此這些概念也不再那麼有爭議性。真正產生意見分歧的地方在於，根據量子力學，當我們進行測量時，我們不可避免的會對我們所測量的系統造成影響。這個問題要比你想像的更加的基本。

最常用的量子力學的數學形式是由薛定諤在1920年代所提出的，涉及到了一個叫做波函數的抽象概念。波函數描述了一個量子物體所有能夠被知道的信息。但是它沒有告訴我們該物體的性質。而是列舉了所有它可能擁有的性質，以及各種可能的相關的概率。這些概率中哪一個才是真實的？一個電子究竟是在這裡或那裡？我們可以通過觀測來找出答案。但是，量子力學似乎告訴了我們，當我們進行觀測的時候，就迫使了宇宙隨機的做出選擇。在進行觀測前，一切都是概率。當我們打開盒子，這些概率就給出了一個確定的結果，通常我們稱之為波函數坍縮。但是波函數坍縮並不是理論的一部分，它是由觀測的行為決定的，這也是令人不滿意的地方。這就是所謂的測量問題。

這也正是特勞恩湖會議所關心的問題（也是溫伯格最為關心的問題）。主張哥本哈根詮釋的物理學家只會聳聳肩並接受波函數坍縮是理論額外的部分。站在講堂上的物理教授也會告訴第一次接觸量子力學的本科生，只要閉嘴，學會計算就可以。而另一方面，多世界詮釋則吸引了越來越多的支持者，包括Stephen Hawking、諾貝爾得主Frank Wilczek、Martin Rees和Sean Carroll等人。他們認為多世界詮釋才是認真對待量子理論的唯一方式。

1957年，Hugh Everett在他的博士論文中首次提出多世界詮釋。Everett認為波函數坍縮只是一個幻象，或許波函數中的所有概率都有一個物理實在？即當我們進行測量時，實際上我們只看到了其中一個實在，而其它的可能性也存在。

多世界詮釋。如果有一個異性跟你搭訕，問道：「你想去喝一杯嗎？」你的回答會產生兩個結果。在其中一個宇宙中你們各自繼續做單身狗，而另一個宇宙你們愉快的結婚生子。（圖片來源：Max Tegmark）

但問題是，其它的可能性存在在哪裡？這也是多世界的概念開始出現。Everett自己從沒有用這個詞，但在1970年代，物理學家 Bryce DeWitt 開始大力擁護這個提議，也正是 DeWitt 認為實驗的另外可能結果必須存在於一個平行的世界。測量一個電子的路徑，在我們的世界它看起來往右前進，而在另一個世界它則往左運動。如此，就可以避免波函數坍縮，但其代價是需要製造另外的宇宙。

物理學家Max Tegmark也是多世界詮釋的主要推廣者，他曾經表示：「如果你偏愛一個簡單和純粹的數學理論，那麼你就會接受多世界詮釋。」

奧地利動物行為學家 Konrad Lorenz 經過觀察和思考得出一個結論——重要的科學發現都會經歷三個階段：起初，它們會被完全忽視；接著，它們會遭到狂暴的攻擊；最後，它們變得人盡皆知。根據以往的投票表明，Everett的平行宇宙理論在20世紀60年代處於第一個階段，而現在已經進入了第二個階段和第三個階段之間的某處。

對於許多人來說，平行宇宙的想法只會永遠存在於形而上學的領域中。然而，正如Tegmark在他的著作Our Mathematical Universe(中文版《穿越平行宇宙》)中寫道：「判斷一個理論是屬於真實的物理學還是形而上學，並不是看它有多古怪，也不是看它包含的實體是否可見，而應當考察它是否可用實驗來驗證。」隨著科技的不斷進步，實驗物理學已經取得了許多突破性的進步，許多曾經被認為是形而上學的抽象的概念都已得到了驗證，比如地球是圓的、隱形的電磁場、高速運動下時間會變慢、量子糾纏、彎曲的空間和黑洞。以現代物理學為基礎的理論其實都是可檢驗、可預測和可證偽的。多重宇宙也不例外。Tegmark表示：「對我來說，最有趣的問題不是多重宇宙是否真的存在，而是到底有幾層。」

當你仔細思考多重宇宙的可能性時，相信每個人心中都有許多的疑問。這本書或許能夠解開你心中的許多困惑。（圖片來源：湛盧文化）

Tegmark在書中把 Everett 發現的量子平行宇宙稱為「第三層平行宇宙」，而所有的第三層平行宇宙組成了「第三層多重宇宙」。

是否存在另一個你，也在讀這本書呢？當你決定繼續讀下去時，他卻沒有讀完這句話就放棄了？他是否也住在一顆叫做地球的行星上，那裡也有迷霧繚繞的山林、肥沃的土地、整齊排布的城市，並同氣他7顆行星一起圍繞著一顆恆星運轉？這個人過去生活的方方面面都和你一模一樣——直到現在，你決定讀下去，而他決定放棄，這個差異放佛一個岔路口，讓你倆的人生道路走向不同的方向。

——《穿越平行宇宙》

而如果我們想要了解第一層和第二層多重宇宙，我們就必須回到大約138億年前——宇宙誕生後，經歷的一次暴脹。暴脹理論在過去獲得了許多天文觀測的證實，但同時它也做出了讓許多人無法接受的預言，比如多重宇宙的存在。而當我們進入第四層宇宙的時候，就會發現「從某種意義上說，我們的實在並不只是被數學所描述，它本身就是數學。並且，它不僅某些方面是數學，它的全部都是數學，包括你在內。」這個聽起來十分瘋狂的想法正是Tegmark多年以來在腦海中所醞釀的。

這裡，我將迅速的帶你們進入Tegmark提出的四層多重宇宙[3-4]：

平行宇宙穿越指南

第一層宇宙

根據永恆暴脹理論的預測：另一個你真的存在，「你」就居住在10^(10^29)米之外的一個星系中。其前提是：空間是無限的，並且均勻地充滿了物質。但你或許永遠也無法看到另一個「你」。你所能觀測到最遠的距離是光在大爆炸開始後的138億年期間所傳播的距離，這個距離大約是4.3×10^26米，定義了可觀測宇宙，或者說我們的宇宙。而地球的孿生兄弟則位於非常遙遠的區域——早已超越了可觀測宇宙的範圍，光線和其他信息沒有足夠的時間到達我們。那裡與我們遵循著同樣的物理定理，但可以擁有不同的宇宙歷史。

第二層多重宇宙

但事情還沒有結束，暴脹理論甚至預測有無窮多個的第一層多重宇宙，有一些甚至擁有明顯不同的物理定律，所有的第一層多重宇宙的集合構成了第二層多重宇宙。第二層多重宇宙會形成樹狀結構，在樹枝內的時空區域，暴脹會持續下去，而樹枝間的U形區域則是暴脹結束的產物，每個U形區域都代表了一個無限的第一層多重宇宙。這個樹形結構的樹枝會永遠生長下去，創造出無數多個這樣的U形區域——所有的U形區域一起組成了第二層多重宇宙。在每一個U形區域內，暴脹的終結都將把暴脹物質轉變為粒子，最終聚集形成原子、恆星和星系。

第三層多重宇宙

第三層多重宇宙就是Everett所預言的量子平行宇宙：棲身在無限維度的抽象空間；就在我們身邊，現實不過是被量子時間分裂成了不同的平行情節。

第四層多重宇宙

數學宇宙假說是Tegmark提出的一種萬有理論[5]，他認為一切都是數學結構：我們不止可以用數學來表達，宇宙本身就是數學！所有的平行宇宙都是數學結構。

我們先拋開平行宇宙理論目前所面臨的各種質疑，但如果有一天平行宇宙被證明是真實存在的，那麼試想一下，你最希望在平行宇宙中的「你」此時在做什麼，或成為什麼樣的人，或........？

參考來源：

[1] https://arxiv.org/pdf/1301.1069.pdf

[2] https://arxiv.org/abs/quant-ph/9709032

[3] https://arxiv.org/abs/0905.1283v1

[4] Max Tegmark,The Mathematical Universe, 2014

[5] https://arxiv.org/abs/gr-qc/9704009

來源：原理