如何理解平行宇宙?

在量子力学里,量子态(在这里理解成概率波也无妨)必须严格地被按照薛定谔方程所规定的解演化。直到这里都还是一个确定的解,确定的量子态/概率波。直到这里,一切都那么美妙,一个方程就能预言一切,所有的过去和未来都尽在我们掌控之中。

但是,当我们对该系统做测量时,比如测量某个电子的位置,概率波就会立刻坍缩到某一点,量子态坍缩到该测量值对应的本征态。在现在的量子力学框架下,测量过程是唯一不满足薛定谔方程的过程,这种跳跃到到某个本征态的坍缩是随机的。

假如原量子态是由本征态1,2,3,…,n共n个本征态叠加而成的,那么这次测量之后,我们就有可能得到n个宇宙,是为平行宇宙。

换句话说,平行宇宙只能伴随着测量行为出现的。
没有测量的话,就没有平行宇宙,量子态的演化就是由薛定谔方程严格确定,可以被严格预言。

另外值得注意的一点是,测量是一个非常丑陋的物理概念。直到现在,我们都对【测量】不甚了解。一次测量开始的标志和结束的标志是什么,薛定谔方程从哪一刻起失效,又从哪一刻生效,这些问题都还没有答案。
Measurement Theory,有一拨物理学家是专门研究这个领域。

简单来说,平行宇宙是对“测量”行为的一种诠释。这是平行宇宙本来的含义。其作用就是用来诠释”测量-坍缩“过程的。
这个解释的优点是:薛定谔方程始终成立,波函数从不塌缩。平行宇宙诠释简化了量子力学——我们只需要薛定谔方程这一个基本方程就足够了。
缺点是:一个好的理论必须要能预测,能检测。这个什么都做不了的”平行宇宙“实际上永远都只能是一种YY而已。

要了解什么是平行宇宙,首先我们要了解什么是我们的宇宙。

我们的宇宙的定义也许有好几种,我这里提出其中一种宇宙学界比较公认的定义。
整个宇宙年龄是130亿年,我们的宇宙就定义为,以地球为圆心,130亿光年为半径的球形空间。这个距离以外的空间对我们没有意义,因为我们还无法观测到,当然随着时间的流逝,这个球形会不断变大(所以任何不超越光速的物体都永远无法走出这个宇宙)。这样定义我们的宇宙只是为了方便描述,其实还有二级宇宙和三级宇宙的定义,暂且不表。

平行宇宙就是所有其他这样的球形空间。不过相信各位肯定不满足于这样的解释,大家想象的平行宇宙一定是有一个和我们类似的地球存在,最好还有另一个自己存在。这些都不是问题,因为整个宇宙是无穷大的。
根据我们的定义,我们的宇宙是一个130亿光年半径的球形空间,虽然这个空间很大,但是这个空间里的粒子数目的是有限的,那么这些粒子的排列组合的方式也就是有穷的,既然排列组合方式是有穷的,那么根据抽屉原理,抽屉原理 _百度百科,假如我们有足够多的平行宇宙,那么一定有两个平行宇宙是一模一样的。但我们的宇宙是无穷大的,所以所有可能存在的粒子排列方式都一定存在,而且每种排列的宇宙都有无限个,所以一定存在其他地方一个130亿光年的球形空间,其内容和我们的宇宙内容完全相同(太阳系,地球,你,我,所有其他人),一个存在其他地方有一个这样的空间,和我们有些微的差异。如果暴涨理论成立,如果宇宙确实无穷大,那么这些平行宇宙就是确实存在于离我们很遥远的地方,远到我们永远不可能触碰到,或者不能在有意义的时间内触碰到。

这里简单讲一下为何宇宙可以在有限的时间暴涨到无穷大,更详细的解释需要对广义相对论更深刻的理解。
这是一个参考系的选择,其实以某个参考系看来,宇宙仍然在暴涨,也就是宇宙大爆炸之初发生的事情仍然在离我们很远的地方(远大于130亿光年)发生。但由于距离如此遥远,同时性已经失去了意义,宇宙学家于是定义所有暴涨发生的位置的时间都是时间的零点,即在另一个参考系看来仍然在发生的暴涨和我们宇宙大爆炸初期发生的暴涨是同一时间。如果这样定义,那么对于我们来说,所有的暴涨的都已经结束,但是因为暴涨本身是永远不会停止的,所以永恒的结束,便是无限(是不是听起来很民科,但宇宙学就是这么炫酷)。

另外无穷大的宇宙也是广义相对论方程的一个解,广义相对论也有有穷大的宇宙的解,不过目前实验观测的数据对无穷大宇宙支持的更好。

这里再谈一下,既然平行宇宙永远不可测量,不可证伪,这个理论到底有什么意义,为什么不能用剃刀原则剔除掉。因为暴涨理论本身是有预测能力的,暴涨理论预测的微波背景辐射都和实验数据良好的吻合,那么如果你接受暴涨理论,你就必须接受平行宇宙这个暴涨理论的一个直接推论。你不能选择只接受一个理论的一部分。

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