量子力学的平行世界©Getty Images

量子力学的平行世界

有很多方法可以解释量子力学,每个奇迹比最后一个。理论物理学家肖恩卡罗尔说,最合形的是众多世界的理论。

现代物理学丰富,猜测多个人和平行现实。但是,多种宇宙可能会出现非常不同的方式,以及最令人愉快的吹 - 众多的繁荣之一 量子物理学 - 也是最合理的。

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在现代物理学的现场出现之前,英语圆形成型,所以这对“世界”和“宇宙”这样的话毫不奇怪,这并不奇怪。当你听到物理学家谈论“多层”时,他们就是想着的机会 宇宙学 多层。这听起来很盛大,但它并不是一系列不同的宇宙。相反,它是指空间区域的集合,到目前为止,他们对我们来说是不可观察的,在那里的条件非常不同。可能存在不同的粒子,不同的力,甚至来自我们周围的空间的不同尺寸。

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宇宙学彩色宇宙没有发明,因为物理学家认为在那里有一堆宇宙会很酷。由于其他投机思想,它是自然的,包括 弦理论宇宙通货膨胀。但正是因为这些想法本身都是投机,宇宙学高层应该被认为是投机性平方。它可能很好,但现在唯一要说的是我们真的不知道。

量子力学的多个“世界”完全是别的东西。他们并不遥远 - 但只是因为他们根本没有“位于”任何地方。它们自然地从最简单的版本的最稳定测试的物理理论,量子力学。我会争论的量子力学的许多世界都在那里。 (不是每个人都同意了我这一点。)

看看为什么,我们必须考虑量子力学如何工作。考虑一种电子,其是具有一定量的称为旋转量的基本颗粒。当我们测量其旋转时,我们只能获得两种可能的答案中的一个:它在旋转或向下旋转,关于我们过去常常衡量它的轴。

这将是非常奇怪的 - 为什么只有两个可能的答案?但即使是潮流,我们也不能总是预测测量结果将是什么。我们可以在旋转和旋转的“叠加”中准备电子,使得将有一些观察每个结果的可能性。物理学家在“波浪函数”方面描述了电子的状态,这告诉我们电子的旋转状态是多少,并且旋转了多少。我们可以使用波浪功能来计算每个测量结果的概率。

认为这真的有一些答案是如何答案,电子如何旋转,但我们只是不知道它是什么,波浪功能封装了我们的无知。这是人们喜欢的原始希望 艾尔伯特爱因斯坦。但它没有这样做;我们的实验越多,我们了解量子力学的内部工作就越多,似乎似乎波函数真的存在。它不仅仅是表征我们的知识,它是电子的真实物理状态。

阿尔伯特爱因斯坦(1879年 -  1955年),德国瑞士美的数学原子物理学家和诺贝尔奖获光,在他的职业生涯中看到了一个周到的姿势。 (照片由hulton archive / getty图片)
Albert Einstein认为波函数表示尚未测量的粒子的特征。 (照片由hulton archive / getty图片)

这会带来一个问题,即,当你看着他们时,Wave函数为什么会变不同地发展?根据教科书量子力学,自身的波函数根据ErwinSchrödinger首​​先写入的简单方程而发展。但是当我们测量系统时,它的波浪功能停止成为一个叠加,并且突然“折叠”到一些特定的测量结果,如旋转。

那是疯狂的谈话。你是什​​么意思“测量”?它是否必须是人类正在进行测量,或者是否有任何意识的生物计数?这是否可以是摄像机?它发生了多快,系统如何区分测量和任何其他类型的物理互动?

这些问题,20世纪50年代普林斯顿大学研究生困扰着Quantum Mechence的“测量问题”,佩吉·埃弗雷特困扰。埃弗雷特的想法是记住观察者 - 无论他们可能是什么,从人们到摄像机 - 是他们自己的右侧的量子系统。它们是由波函数描述的,并且那些波函数可以从叠加成叠加。

而且他们不仅可以,他们必然是这样做的,如果你只是让所有事情都遵守薛定聪明的方程,量子力学的基本方程。考虑某种测量电子的旋转的装置,因此它具有指针,可以指示“向上”或“下”。如果它是一个准确的设备,每当我们喂食它纯粹旋转的电子时,指针就会可靠地指出“UP”。同样用于旋转。

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那么如果我们喂食我们的装置,那么旋转旋转和旋转的电子呢? Schrödinger方程的预测是完全明确的:电子和设备的组合系统将进入“电子是旋转的叠加”,并且测量其被旋转的装置“和”电子被旋转“ ,并且该装置测量它被旋转。“

它与设备没有结束。您遵守量子力学规则,因此您有一个波函数,您可以在叠加中存在。一旦你瞥了一眼你的装置上的指针,你就会成为一个叠加的一部分,你认为的部分功能“我看到被测量的电子被旋转的电子”,另一个部分是你认为“我看到了测量的电子测量的电子旋转。“

每个人都同意这就是Schrödinger方程实际上预测的。人们不同意的是要做的事情。

Quantum Mechenics的创始人推理,明智地,没有人有过 有经验的 像那样的叠加。所以他们弥补了一个新规则,根据波浪函数的哪个部分神奇地消失,这就是我们从那以后教授的学生。

埃弗雷特的举动是简单和治疗性的。他简单地说:“波浪函数的两部分都存在,正如Schrödinger方程所预测的那样。但它们代表了两个截然不同的世界。“换句话说,换句话说,换句话说,每次想到量子测量都会发生,实际上宇宙分支到多个世界中,每次都是完全相同的,除了该测量结果。

重要的是要强调的是,埃弗雷特没有投入所有额外的世界;他们已经存在了,一旦物理学家开始谈论叠加和波浪功能,就会出现自己的可能性。所有埃弗雷特都做了“那没关系。”不是每个人都同意这没关系;有许多其他的量子理论配方,每个其他配方都很难摆脱所有其他世界。

但为什么要烦恼?一旦创造了世界,我们就无法再与他们互动。如果由于某种原因我们决定基于对电子旋转测量的重要生命决定,我们可以思考我们自己在波浪函数另一个分支中的一个版本的想法做出了另一个选择,并相应地过着他们的生活。但我们不能和他们谈论比较笔记。其他世界无法访问。他们的存在有助于简化数学,但它们应该影响我们如何生活我们的生活。

对埃弗雷特许多世界对量子力学的许多世界的反对意见,具有不同程度的尊重程度。有些人认为这太奢侈了,与所有这些世界有什么关系。但世界的潜力在任何版本的量子理论中,波函数代表现实。许多世界实际上是我们可以想象的最简单和最少的精心制作版本。这只是遵守薛定草方程的波浪功能,更少或更少。

另一种反对意见是理论并不谬论,因为我们无法观察到其他世界。但世界不是理论;它们是对理论的预测。为了伪造理论,我们必须做一个与其预测不相容的实验。在埃弗雷特的情况下,这很简单;只要找到一个例子,即使它没有交互,波函数也不会遵守Schrödinger方程。在其他量子力学的制剂中,这可能发生,但不是在许多世界中。卡尔波普尔(Karl Popper)普及的观点,即科学理论应该是伪造的,对许多世界印象非常深刻(并且是一种激烈的教科书量子力学批评者)。

但尚未完全解决的开放性问题仍然存在。许多世界是一个瘦和卑鄙的理论,但这可能是 瘦且卑鄙;依赖的结构很少,所以问题就像“为什么概率一样表现他们的方式?”和“为什么经典力学对我们看到的世界这么好的近似值?”很难回答。

没关系,物理学家喜欢解决难题。我们应该感谢惠夫·埃弗雷特对我们留下了丰富的平行宇宙,因此我们将至少在其中回答它们。

深深隐藏的东西:量子世界和时空的出现 由Sean Carroll(20英镑,OneWorld)现在出来了。

肖恩卡罗尔深隐藏的东西(20英镑,OneWorld)

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