证实平行世界存在的猫,若没有它,或许量子领域无人能取得突破

电影里经常会出现这样的镜头,主人公遇到了另一个世界的自己,然后一起拯救这个世界。有人会说,这种自己见到“自己”的事情会摧毁时光隧道,不可能发生的。

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注意,这里并不是穿越,而是这个世界遇上那个世界,理论上,这两个主人公可以看作是两个不同的个体

这个就是科幻影视作品里最火的平行世界。很多人认为这只是编剧们脑洞大开想到的一种故事情节叙述方法,殊不知,早在几十年前,物理学家们就试图证明平行世界的存在。更有甚至,不惜以“虐猫”的方式,来向世人展示量子物理的世界

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量子力学

“遇事不决,量子力学”成为一些人的口头禅。这并不是因为量子力学有求必应,也不是因为它能解决世间万物的困难,而是因为对于一般人来说,量子力学很难理解,甚至用它来解释会出现超出一般认知的情况

提到量子力学,就不得不提普朗克和爱因斯坦这两位物理巨匠,某种程度上,他们是量子力学的奠基人。1900年的时候,物理界充斥着这样的言论,那就是人类的物理已经趋于完美,整个学科犹如一座大厦,已经建成并投入使用,后续的物理学家们只需要在这座大厦里好好享受就可以了。

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尽管那个时候,整个物理学界的上空还笼罩着乌云,但没人会注意这会形成一场改变世界的暴风雨。这栋被人们认为已经完美的物理大楼叫做经典物理,历经三百年风雨,它在物理学家们的眼里几乎完美,哪怕经典物理没有办法解决微观问题。

1905年,爱因斯坦跨时代的相对论诞生,一个全新的体系摆在了世人面前。经典物理学中有时间、有空间,它们存在但不在同一个体系里,是各自分开的。爱因斯坦则提出了另一个概念——时空。从这个时候开始,我们的世界也许和肉眼看到的世界不一定是相同的。差不多同一时期,著名的普朗克公式面世,标志着新的时代到来,经典物理成为了过去式

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一时间,量子物理理论如雨后春笋般生长,涌现了一大部分我们耳熟能详的大师,诺贝尔物理学奖在那个时代就像“批发”一样,每年都会有震撼的理论诞生。这其中就有一位别样的物理学家,他以一个假设的实验,开启了一场长达百年的讨论

“虐猫狂人”薛定谔

与著名物理学家薛定谔绑定最深的词条,不是波动力学,也不是薛定谔方程,而是。薛定谔用一只小猫的“生死”,展现了什么叫做平行世界

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薛定谔假设了一个实验,将猫和镭以及氰化物一起关在一个密封的箱子里。我们都知道镭是一种放射性物质,它的发现者是著名科学伉俪居里夫妇。放射性元素都有一个特点,具有半衰期,而镭有50%的概率进入半衰期

一旦箱子里的镭进入半衰期,它会启动内部的氰化物,释放有毒的物质,猫就会死亡。这个实验只是假设,毕竟又是猫,又是镭,搞不好猫被辐射了,做实验的人也被辐射了。

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毋庸置疑这个实验是非常危险的,箱子里的小猫难逃一死。然而薛定谔却给出了一个匪夷所思的解释,这只猫处于“半生半死”的状态。薛定谔认为,镭有一半的概率不会发生衰变,因此它就不会引发有毒物质释放,这只猫就不会死,生死概率各一半

只要不打开这个箱子,猫就是既生既死的状态。但我们知道,现实中不可能存在这样又是生又是死的情况。这和我们的认知出现了偏差。

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薛定谔是奥地利物理学家,也是量子物理的杰出代表。这个实验存在,镭的衰变属于微观尺度,而猫是宏观事物,薛定谔用猫的生死来引入微观的角度,证明量子的存在形式。这个虚拟的实验被誉为经典的量子实验,对量子物理感兴趣的人们送给了薛定谔一个称呼——“虐猫狂人”

而由薛定谔的猫延伸开来,一个新的名词被提了出来,那就是平行世界。

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平行世界

在薛定谔的这个实验里,猫的生命状态呈现一个未知状态,因而产生了两种可能,一是猫已经死了,二是猫还活着。这样来看,就存在两个不同的世界,一个是猫已经死了的世界,另一个则是猫没有死的世界,并且这两个世界的猫互相不干涉

甚至我们可以说,两个世界的猫已经互相独立,成为新的个体。由此可以将我们的世界看作平行世界之一,在我们之外还有另一个世界。可能真的存在世界上的另一个我。

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我们用摩天大楼来类比平行世界,每一楼就是一个世界。每一层都有一个叫小明的人,不过他们只是名字相同、相貌相同的个体,每个人之间没有关系,不会互相影响。比如第一楼的小明是一个学生,第二楼的小明可能是个打工人,第三楼的小明也许已经早早成家。

理论上,这些小明是不可能相遇的,除非有什么力量把每层楼之间的壁垒打碎,让小明们相见。和穿越时空不同,各位小明的相遇不会使时空隧道破裂,但会让每个世界变得混沌

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平行宇宙

很快人们发现,平行世界并不是最大的范围,它属于平行宇宙

平行宇宙是一个集合,里面包括了平行世界、平行时空、平行次元等。物理学家们认为,所谓平行宇宙,其实和物种起源很相似,都是从前一个宇宙中分化出来,并且和原宇宙共存。唯一的区别在于,物种之间会存在竞争,适者生存,而平行宇宙一旦分化出来,就与原来的宇宙没有任何关系,它们互相独立存在

想象一下,将6500万年前的地球和那颗小行星一起装进薛定谔的实验盒子里,小行星有概率撞击到地球,也可能不撞地球。如果撞击那恐龙就会灭绝,如果不撞击那恐龙将会继续生存下去,这时的恐龙就和薛定谔的猫一样,处于灭绝与不灭绝的边缘。因此灭绝的恐龙和没有灭绝的恐龙生活在两个平行宇宙。也就是说在另一个空间的地球上,还可能生活着恐龙,可能人就一直没有进化出来

平行宇宙不算什么时空穿越,根据量子理论推导而来。物理学家们发现,每个量子都有不同的状态,这也就意味着宇宙的状态也不是单一的,而是由多个宇宙共存,构成平行宇宙。平行宇宙很有可能存在多个类群,根据美国物理学家马克斯·泰马克的研究,平行宇宙分成四类。

第一层平行宇宙是最基础的等级,说明宇宙空间是无限的,并且物质分布上是均匀的。这样就算在某个宇宙不发生的事情,也许会在另一个宇宙中发生。因此应该存在无限多个的行星,上面同样有人,并且这些人里面,有和现在的我们一样外表的人存在。第一层平行宇宙就是我们最熟悉的平行类型。

第二层平行宇宙,又叫暴胀泡沫。第一层平行宇宙的范围太大,太笼统。这些宇宙属于不同的范畴,离开得比无限远还要遥远,这是什么概念?假设以光速飞行,给与无限长的时间,人也无法达到第二层平行宇宙。原因是,每个第一层宇宙之间仍在暴胀,并且这个速度和范围超乎想象。不过如果宇宙膨胀减速,理论上人是可以到达任意远的第一层平行宇宙的。

第三层平行宇宙,就是量子波函数以及其他分支。如果说前两层平行宇宙对于我们十分遥远,而第三层平行宇宙可能就在我们身边。只要有一个量子事件有随机结果,那么所有结果实际上都会发生,每一个发生的事情集合起来,这就是第三层平行宇宙。然而关于第三层平行宇宙,目前存在很大的争议。

第四层平行宇宙,具有不同的基本物理方程。我们都会遇到这样一个问题,为什么是这些特殊的方程而不是别的?这便是第四层的关键,是一个数学结构,并且数学结构的意义都在那里。

世界的真面目

因为平行宇宙是根据量子物理而来,它不算是人类凭空的想象,因此物理学家认为,平行宇宙可以被探测到。虽然平行宇宙各司其职,彼此之间互不干涉,但人们所在的宇宙与另一个平行宇宙之间依然会发生碰撞。这个时候会在宇宙的微波背景辐射中留下痕迹。英国天文学家通过对宇宙微波背景辐射图的研究,发现我们所在的宇宙,曾经进入过其他宇宙,还不止一次。

关于平行宇宙,一般人很难理解,著名物理学家,也是平行宇宙重要建立者的玻尔曾说过,如果人人都能理解量子物理,那么这就不是量子物理,不懂才是正常的。人们探索平行宇宙,也不单单是为了影视剧的题材更多,因为平行宇宙与量子物理息息相关。研究透了量子物理,平行宇宙也能迎刃而解;证明了平行宇宙,那么量子物理会得到深远的发展。

现在再回过头去看看那只生死未卜的小猫,会觉得一切都那么不可思议,它推动了量子物理的发展,更是从某种意义上来说证实了平行宇宙的存在。如果没有它,或许在量子领域,无人能够取得突破。

事实上,薛定谔没有亲自做过这个实验,也就是说根本没有一只实体的猫出现在这件改变物理学的实验里,一切都是薛定谔的假设。然而人们还是记住了这只虚拟的猫,并称呼它“薛定谔的猫”

我们可以猜测,在一个平行宇宙中,薛定谔真的拿猫做了这个实验,有一只猫死在了实验室里;而在另一个平行宇宙中,薛定谔的实验室里,镭没有发生衰变,而是活了下去。

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深耕疑问,重在科普,尽量专业,解析几何。

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