平行世界是否真实存在?

平行世界是否真实存在?

虽然我相信的是哥本哈根诠释,但为了让大伙编故事前了解啥是多世界,还是来简单科普一下。首先这一理论是单一宇宙但多世界,即:

是所谓的宇宙波函数,由每个世界的波函数 叠加得到,测量没有非幺正的坍缩,而是每个世界都真实存在,然后各自幺正演化。

作为简单科普向,就回到薛定谔猫来讲哥本哈根诠释和多世界诠释的区别。

我们先描述一下薛定谔的猫是怎么回事吧。我们考虑一个完全封闭的大箱子,里面有只猫猫。箱子里还有一套装置,首先是一个粒子源,能够发射 的银原子,如果是自旋朝上的状态,最后飞出去后啥都不会发生,猫就不会死;如果是自旋是朝下的状态,最后飞出去会撞到毒气瓶上释放毒气,最终猫会死。至于自旋朝向不一样怎么搞出来不一样的飞行轨迹,这个参考施特恩-格拉赫实验的内容。我们可以把上面的故事用量子力学的语言进行刻画:

哥本哈根学派对于测量是这样描述的,两种不同的直积态各有 的幅,这意味着测量结果会有 的概率是猫猫死+自旋向下,有 的概率是猫猫活+自旋向上。哥本哈根学派的阐释来源于这样一个理论结构,宏观世界服从经典物理规律,测量到的只能是一个数;量子世界表现出来的是希尔伯特空间的态矢量能够刻画系统状态。那么一旦量子世界和宏观发生相互作用,或者说被宏观进行测量,结果就是量子系统被迫输出一个宏观现象,也就是坍缩并测量到某一个数。

对于哥本哈根学派来说,时间演化和测量是完全不同的两码事,时间演化是一个幺正过程,但测量则显然非幺正;这有啥区别呢?幺正算符是有逆的,你把幺正算符 作用到波函数上,得到的是时间 后的波函数,如果你把逆算符作用上去,得到的就是过去的波函数,此时过去的信息是可以被追溯的。但测量过程发生的坍缩完全不同,一旦坍缩结束,你就不可能知道测量前到底系统长啥样(除非系统原本就处于测量算符的本征态),此时过去不可追溯,过去的信息似乎被凭空抹掉了。尽管这个诠释看起来很奇怪,但是我目前依然相信只是最可靠的诠释。

但显然有人不这么认为,此人便是艾夫雷特,他在自己的博士论文The Theory of the Universe Wave Function中提出了一种完全不同的理念,也就是我们现在通常称之为多世界诠释的理论。在多世界诠释的框架下, 和 代表着两个平行的互不干涉的世界,它们都同样存在。测量被理解为在测量者和量子系统间产生纠缠的过程,在上述问题中,猫猫和自旋/毒气瓶产生了纠缠,猫猫死和自旋下发生在一个世界,猫猫活和自旋上发生在另一个世界,两个世界的波函数是正交的,这个角度上不同平行世界的信息不会发生泄露(当然也有一些人研究两个世界的干涉,但我不太信这套说法。。)。

上述科普可能有所偏颇,毕竟我在阅读完朗道和玻尔的解释后就相当信服于他们了,既不相信多世界,也没有精力去仔细研究这一块内容。以我的水平,还不足以在完全脱离公式的情况下保持信息的不流失。

如果对多世界诠释感兴趣,想把故事再编圆一点,可以仔细读读吴飙老师的书或者文章,他对这一块似乎还是很偏爱的。或者也许未来某天我写一下正经的相关计算,不过感兴趣的太多,坑也太多,只能说吾生也有涯,而知也无涯。

参考资料:

1.《简明量子力学》,吴飙。

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