你相信宇宙中還有另一個你存在嗎?
近年來興起的平行宇宙一詞,向人們提出了一個觀點,即使你不是雙胞胎,宇宙中也很可能還有另一個你,因為我們的宇宙是多元的。
你相信平行宇宙的存在嗎?
多元宇宙的理論簡單來說, 就是無數個宇宙的集合,每個宇宙里面都有時間、空間、物質、能量,還有它們特定的物理規律以及常數。
在多元宇宙里, 這些時間、空間等都是平行存在的,沒有交集互不打擾。這就是平行宇宙,也可以叫平行時空、平行世界等等。
平行宇宙跟原宇宙有相同的條件,里面的人和環境都是一樣的, 只是事物的發展過程不同,結局不同。可能在地球上早已滅絕的動物,卻在平行宇宙中活的尚好。
平行宇宙與原宇宙的先天條件相同,但結果會有所不同
這種理論從剛一橫空出世就引起了廣泛的議論,因為人類觀測宇宙那麼久,并沒有發現另一個世界,甚至除了地球之外都沒在其他星球上發現生命。宇宙中有個一模一樣的自己從何說起?
從雙縫干涉實驗說起。
在量子力學領域,有一種 演示微觀物體波動性與粒子的實驗叫雙縫實驗,它是由英國物理學家托馬斯.楊在1807年時提出的,又稱楊氏雙縫干涉實驗。
托馬斯.楊提出的楊氏雙縫干涉實驗
這個實驗是同時通過兩條路徑觀察微觀物體從起點到終點的行動,由于兩條路徑的行程不同,微觀物體的量子態便發生了相移。
這里有兩個概念需要稍微解釋一下。 量子態是量子力學中描述沒有物質和能量交換的孤立系統狀態;
相移是物理學中波形通過電路在時間上與輸入信號之間的差異,輸出、輸入的正弦波信號的相位差就叫相移。
有了量子態的相移,雙路徑中的干涉現象就產生了。
量子態相移之后,雙路徑就出現干涉現象了
1961年,德國蒂賓根大學的克勞斯.約恩率先用雙縫實驗來檢試電子的物理行為,證實了電子有干涉現象發生。
1974年,米蘭大學的皮爾.梅利在此基礎上,成功地電子一粒一粒地發射了出來,并在過程中清楚地觀察到了干涉現象。
除了電子,雙縫實驗還可以用來研究光子。早在18世紀時,物理學界就在激烈地爭論光到底是波還是粒子,20世紀初,愛因斯坦說光是玻色子,後來的美國科學家也論證了愛因斯坦的說法。
愛因斯坦表示光是玻色子
通過雙縫實驗我們可以得知,如果光是粒子,就可以筆直地從兩條縫隙間穿過;如果光是波,則穿過縫隙的光就會再分裂為兩條波源,大概就像水波紋的形狀一樣。
托馬斯.楊在提出雙縫實驗時,覺得光應該是以波的形式存在的。實驗結果顯示, 光確實是某種形式的波。
實驗顯示光似乎是以波的形式存在的
堅持認為光是粒子屬性的人也做了雙縫實驗,想推翻以上結論,比如 皮爾.梅利。他一次發射一個光子,通過一個縫隙,他本來以為,這樣就不會產生兩條波源,也不會產生干涉條紋。
結果皮爾發射了70000個光子后,驚奇地發現, 干涉條紋還是出現了。通過攝像機的記錄,可以看到,發射的光子確實每次都只通過一個縫隙,那為什麼還會產生這樣的結果呢?
基于這個實驗結果,在後來的實驗中,研究人員把攝像機換了個位置,讓它湊近縫隙處去拍攝,想看看光子走的是哪個裂縫。
攝像機的位置是整個實驗中的變量
這次,研究人員再次發現了神奇的事情: 光沒形成波形,而是成了粒子。而整個實驗過程沒有變, 變的只有攝像機位置,也就是觀察點。
就算換其他形式的雙縫實驗,也是一樣的結果: 觀察點不同,光的存在模式就不同,可是能波也可能是粒子。
粒子有種屬性叫 自旋,自旋為整數的時候稱為玻色子,自旋為半整數時則稱為費米子。 物質的基本結構是費米子,但物質的相互作用卻靠的是玻色子傳遞。
費米子和玻色子的簡單區別
因此,要說光是波也可以,粒子也可以。 至于它究竟是什麼形態,取決于人觀察方式的不同。
那這個神奇的雙縫實驗跟平行宇宙理論有什麼關系呢?
量子力學中有疊加態和量子坍塌的說法。 疊加態可以簡單地理解為,一個光子打出去同時穿過了兩邊的縫隙;量子坍塌也可以簡單地理解為,一件事情從不確定成為確定。
光子發出前,我們不知道它最終呈現出來的是什麼狀態,直到我們去觀察它的時候才發現,它也許是波也許是粒子。
光發出去的之前,我們并不知道它在接收屏上的最終狀態是什麼
量子也是如此,有研究者發現, 每次觀察量子它們的狀態都不同,宇宙空間的物質由量子組成,那麼宇宙也可能存在多種狀態,任何細小的變化都會導致宇宙的狀態不同。
如果這個理論被證實, 那麼平行宇宙就是無盡的。因為我們生存的世界每時每刻都在面臨選擇,每個選擇都能分裂出不同的狀態,這些狀態不會交疊,那麼我們理解的宇宙本質也會有所不同。
就好像我們每天走路,你以為是同一條街,同一條路線,如果你把走過的足跡畫一條線,會發現其實每天走的都不是重合的路線,每天你都會產生新的足跡。當你邁出第一步時,就已經注定你的第二步跟昨天的不同。
不同的選擇會造就不同的結果,每一個結果都是一個宇宙
抉擇不同產生的過程和后果都不同,于是便分裂出了更多的宇宙,在這個宇宙中,你順利地走完了某一段路,而在另一個宇宙中,你卻因為足跡的不同而掉到坑里去了,這就是多元宇宙的意思。
根據這個理論,可能在另二個宇宙中,人類還處在某個封建王朝時期,而在第三個宇宙中,人類可能已經打完了核戰爭,現在的世界滿目瘡痍。
這麼反推過去, 雙縫實驗便是世界上最離奇的實驗,可以說,它顛覆了人類對物質的理解。
雙縫實驗顛覆了人類對物質的理解
其實早在公元前5世紀的時候,希臘哲學家德謨克利特就提出了 萬物由原子構成,而由原子構成的世界有無數個。因為原子的運動是隨機的,它們在碰撞過程中會產生各種形狀,于是就構成了無數個不同的世界。
麻省理工學院的宇宙學家馬克斯.泰馬克認為, 有多少個平行宇宙才是最有意思的,這關系著,它們到底能占多大的空間。
平行宇宙的數量決定了其占據空間的大小
讓我們發散一下這個問題,假設每個平行宇宙中有1億個人,100個平行宇宙就有100億個人,在地球上還是在宇宙空間中?又或者,宇宙中就有100個地球?那麼他們都在哪里呢?為什麼我們看不到另外的99個地球和平行宇宙中的自己?
按雙縫實驗的理論,我們看不到是因為平行宇宙永不相交,那麼悖論又來了, 137億年前,奇點爆炸到底產生了多少個宇宙?或者,本來就不止一個奇點?
究竟是一個奇點爆炸產生了很多宇宙,還是很多奇點爆炸產生了很多宇宙?
參考資料:
【1】《十大最美物理實驗之首—電子雙縫干涉實驗》中科院半導體所