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平行宇宙真的存在吗?弦定理是对的吗?

时间:2018-11-29 16:41:54

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平行宇宙真的存在吗?弦定理是对的吗?

平行宇宙最早是广义相对论提出的,后来被用来解释量子力学里面的波函数塌缩。但注意这两件事情不一样,不要混谈。

关于平行宇宙是否存在的问题,没有任何证据。一切的讨论都是假设,所以这个问题智者见智。

首先谈谈广义相对论。广义相对论目前的解很少,但是每一个解都会出现奇性,而且奇性会出现在黑洞区和对偶的区域(目前称之为白洞区),两个区域的接口是虫洞。然后黑洞区和白洞区之外还存在别的区域,这些区域包括了我们的世界,和别的世界——也就是平行宇宙。

如果我们人为地的拿掉这些平行宇宙,那么广义相对论并不会出现什么错误。但是对于一些胆子大的宇宙探险家,他们可能会认为穿越黑洞就能抵达另一个世界。如果这件事情真的被证明,那平行宇宙就被找到了,反之就是说明没有平行宇宙。这是广义相对论的基本观点。

事实上,平行宇宙的概念并非科幻,而是源自量子力学中的“多世界诠释”。宇宙万物皆由量子构成,在我们没有观测之前,其状态是不确定的。平行宇宙理论认为,当我们进行观测时,将会分离出互不相干的宇宙,这些宇宙均处于一个特定的状态,当然我们的宇宙也不例外。

说到平行宇宙,就不得不提到量子力学,这种理论的鬼魅之处在于观察者的测量行为竟然会影响到量子状态。在没有观测之前,量子系统是处于不确定的叠加状态,当观察者对量子系统进行测量时,才会坍缩成某一个确定的状态,并且每次观测所得的结果都不会完全相同。对此,有一些物理学家认为,量子系统并非处于不确定的叠加状态,而是所有可能的状态都是真实存在于平行宇宙之中。当我们获得某一种结果时,我们就是朝着这个宇宙演变;当我们获得另一种结果时,则是朝着另一个宇宙演变。

例如,假设你现在正在做决定是要看书还是玩手机。在平行宇宙理论看来,这两种选择都是真实存在的,在一个宇宙中,你选择看书;在另一个平行宇宙中,你选择玩手机。因此,你现在的人生,只是这个宇宙中你所选择的结果,在平行宇宙中还有做出其他选择、有着不同人生的你,平行宇宙包含着无数所有的可能,但它们之间不会互相干扰。如此看来,命运掌握在自己手中的说法十分有道理。

那么,如果平行宇宙存在,那它们在哪里呢?这个问题很难回答,平行宇宙可能就在我们身边,或者在我们的宇宙之外,又或者存在于其他维度之中。虽然平行宇宙的概念十分引人注目,但终究太过于虚无缥缈,本质上只是一种数学概念,我们很难去验证平行宇宙的存在,或者根本就无法验证。

量子力学的解释则需要先引入量子力学的态叠加原理。任何粒子的波函数其实所有好算符的所有本征态的线性叠加。按照态叠加原理,我们可以对粒子某一个物理量进行测量,比如测量动量。粒子可以拥有多个不同的动量本征态,而我们每一次测量到的数值只能是一个动量值,该如何理解这件事情呢?

有的物理学家认为这是退相干时,粒子自身进入了不同平行宇宙,从而造成了不同的测量结果。打个不恰当的比方,薛定谔的猫。我们测量这只猫的生与死,可能会发现猫是死的,也可能会发现猫是活的。按照平行宇宙的解释,其实是每次测量,猫都经历一场大冒险——它可能走进了不同的平行宇宙,以致于出现了不同的结果。

平行宇宙的解释克服了哥本哈根解释的疑难——那就是测量本身的物理图像是什么。不过这也带来了许多难题,平行宇宙的动力学是什么呢?量子力学无法解释。

最后来谈谈弦理论。弦理论其实本身没什么神秘的。只是它涉及的物理和数学都十分难,所以经常被神秘化了。弦理论的雏形是20世纪70年初的弦模型。这个模型是用来解释强相互作用的。只是因为量子色动力学的建立,弦模型被否定了。

但是不久,80年代出超对称引力建立了。

超引力的可重整性被当时许多物理学家津津乐道,甚至有人认为超引力的提出预示着理论物理的终结。但是,超引力只是一个低能有效理论,并非高能理论。其高能理论后来被证明,正是超弦理论。

超弦理论可以对粒子高能行为作出预测,也可以用来研究极早期宇宙等。刚才我说的黑洞,也可以用超弦理论来研究。但是目前超弦理论没有实验根据,只是空谈。

超弦理论是迄今为止,在数学上最优美的物理理论,也是证明难度最大的理论之一(另一个是圈量子引力论,能标都需要在普朗克能量)。

所以,不能说弦理论对不对,实验没有给出答案。

PS:未经同意(图片来源网络)

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