（圖片來(lái)源：pixabay）
“宇宙最讓人難以理解的一點(diǎn)就是它是能讓人理解的，”愛(ài)因斯坦曾這么說(shuō)過(guò)。然而最近人們無(wú)法在宇宙是否可理解，甚至是否獨(dú)一無(wú)二這樣的問(wèn)題上達(dá)成共識(shí)?；A(chǔ)物理面臨著危機(jī)，這場(chǎng)危機(jī)與兩個(gè)常見(jiàn)的概念，“多重宇宙”和“丑陋宇宙”有關(guān)。
多重宇宙支持者認(rèn)為可能有其他宇宙的存在，其中有些宇宙的物理法則和空間維度系數(shù)和這個(gè)宇宙截然不同；而你、我和其他事物可能存在著無(wú)數(shù)份拷貝。“多重宇宙也許是物理中最危險(xiǎn)的想法了?！蹦戏怯钪鎸W(xué)家George Ellis表示道。
從科學(xué)萌芽的初期起，找到一個(gè)不太可能發(fā)生的巧合會(huì)引發(fā)人們?cè)噲D解釋的沖動(dòng)，以及尋找其背后隱藏原因的動(dòng)力。一個(gè)現(xiàn)代的例子：物理的法則允許能夠發(fā)現(xiàn)這些法則的智慧存在，好像是被精心調(diào)整過(guò)一般。這樣的巧合需要解釋。
隨著多重宇宙概念的傳播，情況發(fā)生了改變：盡管這巧合看起來(lái)不太可能，在多重宇宙中的無(wú)數(shù)個(gè)宇宙中，它總會(huì)存在于某處。如果這巧合使復(fù)雜結(jié)構(gòu)、生命或意識(shí)更易出現(xiàn)的話，我們一開(kāi)始就不該對(duì)出現(xiàn)在允許我們存在的宇宙里感到驚奇。但這“人類理由”也意味著我們不能預(yù)測(cè)超出這范圍的事物了。CERN的物理學(xué)家并沒(méi)有明確尋找新粒子的導(dǎo)向原則。而宇宙這看似意外的特性之后根本就沒(méi)有基礎(chǔ)法則。
另一截然不同但同樣危險(xiǎn)的挑戰(zhàn)就是“丑陋宇宙”：據(jù)理論物理學(xué)家Sabine Hossenfelder說(shuō)，現(xiàn)代物理被其本身對(duì)“美”的偏見(jiàn)誤導(dǎo)了，只派生出數(shù)學(xué)優(yōu)雅、投機(jī)的幻想，缺乏實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。她認(rèn)為物理已經(jīng)迷失在“數(shù)學(xué)”里了。但其實(shí)被物理學(xué)家稱為“美”的是結(jié)構(gòu)和對(duì)稱性。如果我們不能再依靠這樣的概念，真正理解一個(gè)現(xiàn)象和勉強(qiáng)用理論解釋實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的區(qū)別就變得模糊了。
兩個(gè)挑戰(zhàn)都有一定的道理?！盀槭裁醋匀环▌t會(huì)在乎我們認(rèn)為什么是美的呢？”Hossenfelder理直氣壯地問(wèn)，而答案是：它們不會(huì)。當(dāng)然，如果從傳統(tǒng)的角度來(lái)看，自然可以是復(fù)雜、雜亂且難以理解的。但自然并不是這樣。自然是量子力學(xué)的。盡管經(jīng)典物理認(rèn)為我們?nèi)粘Ｉ钪械奈矬w都是分開(kāi)的、獨(dú)立的事物，量子力學(xué)卻不這么認(rèn)為。比如說(shuō)，你汽車(chē)的情況與你妻子裙子的顏色應(yīng)當(dāng)無(wú)關(guān)。但在量子力學(xué)中，有因果關(guān)系的事物一旦接觸，就一直相關(guān)，這被愛(ài)因斯坦稱為“鬼魅般的超距作用”。這樣的關(guān)聯(lián)構(gòu)成結(jié)構(gòu)，而結(jié)構(gòu)即美。
與之形成對(duì)比的是，多重宇宙似乎很難讓人否認(rèn)，而量子力學(xué)又似乎尤其支持它。往帶有雙縫的屏幕一個(gè)一個(gè)地發(fā)射電子會(huì)在屏幕后的探測(cè)器生成干涉圖像。在每個(gè)例子中，電子看起來(lái)每次都通過(guò)了兩條縫。
量子物理是核爆炸、智能手機(jī)和粒子對(duì)撞后的科學(xué)——而它以奇怪的現(xiàn)象臭名昭著，比如薛定諤的貓，活在一個(gè)既死又活的地獄中。在量子力學(xué)中，不同的現(xiàn)實(shí)（比如“粒子在這里”和“粒子在那里”，或“貓活著”和“貓死了”）可以像湖面上的水波一樣疊加在一起。粒子可以處于一個(gè)“一半在這兒，一半在那兒”的狀態(tài)。這叫做“疊加態(tài)原理”，而對(duì)粒子或波而言，它就會(huì)產(chǎn)生干涉條紋。
量子力學(xué)一開(kāi)始是被用來(lái)描述微觀世界的，但從近幾年看來(lái)，如果它們足夠孤立于周?chē)h(huán)境的話，也可以用來(lái)描述越來(lái)越大的物體。但不知為何，我們的日常生活卻似乎與量子世界的奇怪現(xiàn)象割裂開(kāi)來(lái)：沒(méi)有人曾看見(jiàn)過(guò)一只既死又活的貓，且無(wú)論你什么時(shí)候測(cè)量一個(gè)粒子的位置，得到的結(jié)果總是確定的。
一種直接的解釋就是假設(shè)所有的可能選項(xiàng)都被實(shí)現(xiàn)了，盡管有所不同，平行現(xiàn)實(shí)或“Everett分支”——以Hugh Everett命名，他是第一個(gè)支持量子力學(xué)中被稱為“多世界詮釋”觀點(diǎn)的人。Everett的“多世界”其實(shí)是多重宇宙的一個(gè)例子——四個(gè)中的一個(gè)，如果你關(guān)注Max Tegmark從2003年五月起的《科學(xué)美國(guó)人》專欄。另外兩個(gè)并不那么有趣，因?yàn)槠渲幸粋€(gè)并不是真正的多重宇宙，只是我們宇宙中不太一樣的區(qū)域，而另一個(gè)是基于一個(gè)非常投機(jī)的想法，那就是物質(zhì)其實(shí)就是數(shù)學(xué)。而剩下的多重宇宙就是“弦理論領(lǐng)域”，我們等一下會(huì)再回到這個(gè)話題。
如果通過(guò)量子力學(xué)來(lái)證明物理之美，我們似乎就犧牲了宇宙的獨(dú)一無(wú)二。但這個(gè)結(jié)論只是膚淺想法的結(jié)果。在這里被忽視了的是Everett多重宇宙并不是基礎(chǔ)的。它只是顯而易見(jiàn)或“能解燃眉之急的”，正如南加州大學(xué)的哲學(xué)家David Wallance所堅(jiān)持的那樣。
為了理解這點(diǎn)，我們需要了解量子測(cè)量和“鬼魅般的超距作用”背后的原理。這兩種現(xiàn)象背后的原理叫做“糾纏態(tài)”，在1935年被愛(ài)因斯坦，Boris Podolsky和Nathaneil Rosen指出：在量子力學(xué)中，由兩個(gè)旋轉(zhuǎn)總和為零的旋子組成的糾纏系統(tǒng)可以由兩個(gè)方向相反的疊加旋子構(gòu)成，而它們各自的自旋方向都不明確。糾纏態(tài)是自然把局部集成為整體的方法；成分的個(gè)體特征由于整體系統(tǒng)的強(qiáng)烈相關(guān)性而消失。
無(wú)論量子系統(tǒng)什么時(shí)候在其所處環(huán)境下被測(cè)量或配對(duì)，糾纏態(tài)都很重要：量子系統(tǒng)，觀察者和剩下的宇宙都彼此交織在一起。從當(dāng)?shù)赜^察者的角度來(lái)看，信息被分散到未知的環(huán)境中，這個(gè)過(guò)程叫做“退相干”——首次由H. Dieter Zeh在1970年發(fā)現(xiàn)?！巴讼喔伞笔墙?jīng)典的精髓：它描述了當(dāng)一個(gè)量子系統(tǒng)與其周?chē)h(huán)境作用時(shí)所失去的量子特性。如果在量子物理的平行現(xiàn)實(shí)之間拉開(kāi)一道縫，退相干就會(huì)起作用。從觀察者的角度來(lái)看，宇宙和她自己似乎分裂成了不同的Everett分支。整個(gè)世界在她看來(lái)還是正常的，而從整體角度來(lái)看，世界還是量子力學(xué)的。事實(shí)上，從這個(gè)角度上來(lái)看整個(gè)宇宙就是一個(gè)量子物體。
這就是羅格斯大學(xué)哲學(xué)家Jonathan Schaffer擁護(hù)的“量子一元論”起作用的地方了。Schaffer思考了宇宙是由什么構(gòu)成的問(wèn)題。根據(jù)量子一元論，現(xiàn)實(shí)的基層不是由粒子或弦構(gòu)成的，而是由宇宙自身組成的——不是事物相加的總和，而是單一的、糾纏的量子態(tài)。
早先也有類似的想法出現(xiàn)，比如說(shuō)物理學(xué)家兼哲學(xué)家Carl Friedrich von Weizs?cker曾說(shuō)過(guò)：認(rèn)真對(duì)待量子力學(xué)將會(huì)預(yù)測(cè)出一個(gè)多重宇宙下獨(dú)一無(wú)二的、單一的量子現(xiàn)實(shí)。宇宙微波背景輻射的均勻性和細(xì)小的溫度波動(dòng)表示我們對(duì)宇宙的觀察可以追溯到一個(gè)單一的量子態(tài)，通常伴有助長(zhǎng)原始膨脹的量子場(chǎng)來(lái)支持這個(gè)觀點(diǎn)。
另外，這個(gè)結(jié)論還能拓展到其他的多重宇宙概念，比如說(shuō)“弦理論領(lǐng)域”中不同區(qū)域的不同物理法則，或其他在永恒宇宙膨脹中出現(xiàn)的“子宇宙”。因?yàn)榧m纏態(tài)是宇宙性的，它不會(huì)在我們能探索到的宇宙邊界停止。無(wú)論什么樣的多重宇宙，當(dāng)你用量子一元論的時(shí)候，它們都是整體的一部分:多重宇宙中的許多宇宙下總有一層更基礎(chǔ)的現(xiàn)實(shí)，而這層現(xiàn)實(shí)是獨(dú)一無(wú)二的。
量子一元論和Everett多世界理論都是認(rèn)真思考了量子力學(xué)的結(jié)果。區(qū)別這些觀點(diǎn)的是只是角度：從當(dāng)?shù)赜^察者眼中看到的“許多世界”從整體（比如說(shuō)一個(gè)能從整個(gè)宇宙外看世界的人）上來(lái)看確實(shí)是一個(gè)單一、獨(dú)特的宇宙。
換句話說(shuō)：多世界是一個(gè)只有有限宇宙信息的觀察者眼中的量子一元論。事實(shí)上，Everett一開(kāi)始是想要用“宇宙波方程”建立整個(gè)宇宙的量子描述。就像是你望出窗格時(shí)一樣：自然看起來(lái)被分成了不同的小塊，但這只是你視角的問(wèn)題。
一元論和多世界理論都可以被避免，但那就必須改變量子力學(xué)的形式——特別是和愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論沖突的地方——或者我們不把量子力學(xué)當(dāng)作自然的理論，而是知識(shí)的理論來(lái)看待：一個(gè)人類概念，而不是科學(xué)概念。
正如之前所說(shuō)，量子一元論應(yīng)該要被當(dāng)作現(xiàn)代物理的關(guān)鍵概念：它解釋了獨(dú)立自然領(lǐng)域之間被理解為結(jié)構(gòu)、相關(guān)性和對(duì)稱性的“美”不是“拙劣審美理想”，而是自然從一個(gè)單一量子態(tài)衰變的結(jié)果。另外，量子一元論還消除了多重宇宙的缺陷，因?yàn)樗J(rèn)為相關(guān)性不止在一個(gè)特定的子宇宙中形成，還在多重宇宙中任何一個(gè)單一分支中形成——比如說(shuō)Einstein-Podolsky-Rosen態(tài)中方向相反的糾纏旋子。
最后，量子一元論緩和了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)物理依賴越來(lái)越大對(duì)撞機(jī)研究越來(lái)越小的自然成分的危機(jī)，只是因?yàn)樽钚〉某煞植⒉皇乾F(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)層。研究量子力學(xué)的基礎(chǔ)、量子場(chǎng)理論的新領(lǐng)域和宇宙學(xué)最大的結(jié)構(gòu)可能同樣有用。
這不意味著每個(gè)觀察到的巧合點(diǎn)都是物理的基礎(chǔ)，或每一種關(guān)于美的概念都應(yīng)在自然中實(shí)現(xiàn)——但它告訴我們不應(yīng)該停止尋找。正因如此，量子一元論有拯救科學(xué)靈魂的潛力：它是一個(gè)獨(dú)特、可理解且基礎(chǔ)的宇宙存在的定論。
聯(lián)系客服
