近年來，多重宇宙成了物理研究的熱門話題。電影大片也常常以這為題材，讓主人公穿越不同空間，令人神往。 如果說多重宇宙是好萊塢制片人的創(chuàng)意，這我完全理解；可是物理學(xué)家是最相信實(shí)證、思維最為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊慌?，多重宇宙出自于他們的筆下，讓我不由得詢問，到底是什么，讓他們走上了這條“最不情愿的路”。的確，愛因斯坦在批駁波爾量子力學(xué)時就曾經(jīng)說過，“上帝是不會玩骰子的。” 回顧牛頓物理的美好時光，一切物體都有確定的軌跡，一切軌跡，又都有完美的公式解釋?？墒呛镁安婚L，微觀世界的運(yùn)動，比如光的波粒二相性，讓物理學(xué)家們陷入了漫長的“噩夢”。 這一切，都開始于著名的“雙縫實(shí)驗(yàn)”。在這個實(shí)驗(yàn)中，一束單色光被一個屏障遮擋，屏障上面開了兩條平行的狹縫，使得光束能夠通過它們，投射到對面的屏幕上。 可以想像，如果屏障上只有一條狹縫，那么屏幕上應(yīng)該對應(yīng)的出現(xiàn)一片亮光。事實(shí)的確如此。 可是如果屏障上有兩條狹縫，是不是就應(yīng)該相應(yīng)出現(xiàn)兩片亮光呢？不是。屏幕上出現(xiàn)了許多明暗交錯的斑馬條紋。這是因?yàn)楣馐且环N波，通過兩條狹縫的光波互相干涉，就像水面上的波紋在互相交錯時，在有些地方波浪互相加強(qiáng)；有些地方，波浪就互相抵消。屏幕上明暗交錯的條紋，就是光波互相加強(qiáng)和削弱的結(jié)果。這一現(xiàn)象也不足為奇，因?yàn)榭茖W(xué)家們早就知道光是一種波，而干涉，正是波的典型特征。
可是1909年英國科學(xué)家泰勒（Geoffrey Taylor）把光子發(fā)射的速度減慢，讓光子一個一個發(fā)出，同時只可能有一個光子穿過屏障，打在對面的感光底片上。隨著光子一個一個打在底片上，底片上逐漸積累了一片撞擊的亮點(diǎn)。令人吃驚的是，這團(tuán)亮點(diǎn)，依然呈現(xiàn)出了干涉條紋。
由于同時只有一個光子發(fā)出，這個光子應(yīng)該或者通過左側(cè)狹縫，或者通過右側(cè)狹縫，或者哪個也沒通過。只有一個光子，誰跟誰干涉了呢？唯一可能的解釋是，同一個光子，既通過了左側(cè)狹縫，又通過了右側(cè)狹縫，然后自相干涉。也就是說，同一個光子可以同時在不同地點(diǎn)出現(xiàn)！這完全違反了傳統(tǒng)物理中物體位置的確定性。 在這之后，物理學(xué)家們多次重復(fù)了這個實(shí)驗(yàn)，顯示出不同的微觀粒子——電子、中子等等，都有同樣的表現(xiàn)。他們還進(jìn)行了這個實(shí)驗(yàn)的多種升級版，以排除實(shí)驗(yàn)錯誤，或者是測量過程中引入的干擾。然而不論如何努力，干涉條紋都依然存在。 為了解釋這個現(xiàn)象，丹麥物理學(xué)家玻爾（Niels Bohr）在上世紀(jì)20年代提出，微觀粒子可以同時在多個地點(diǎn)存在，因此同一個光子能夠同時通過兩個狹縫，自相干涉形成條紋。而光子的地點(diǎn)分布，是以波的形式出現(xiàn)。 因此光波是一種概率的波。在兩個波峰重疊的地方，兩個概率互相加強(qiáng)，使得光子更有可能在這個地點(diǎn)出現(xiàn)；而在波峰和波谷相交的地方，概率就互相抵消，使得光子出現(xiàn)的可能性減少。
可是在日常生活中，物體的地點(diǎn)都是確定的。為了彌合這一區(qū)別，玻爾認(rèn)為，任何觀察的行為都會使微觀粒子的不確定性得以確定化，從而使粒子有了確定的地點(diǎn)。由于這一解釋是幾名哥本哈根的物理學(xué)家提出的（包括玻爾），這一解釋被稱作“哥本哈根詮釋”。 這一理論準(zhǔn)確地解釋了雙縫實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。不但如此，這一理論在眾多微觀世界的觀察中都得到了準(zhǔn)確的驗(yàn)證，而且屢試不爽。 然而愛因斯坦卻難以接受這一理論。他駁斥道，“上帝是不會玩骰子的。”玻爾也毫不客氣，反駁道，“別再告訴上帝該干什么了?！?/p> 為了推翻玻爾的量子力學(xué)，1935年愛因斯坦和另外兩名科學(xué)家合作發(fā)表了一篇論文。在論文中，愛因斯坦證明，假如玻爾量子力學(xué)是正確的，就可以推論出存在量子糾纏現(xiàn)象。也就是說，當(dāng)兩個微觀粒子充分接近時，兩者之間可以產(chǎn)生一種聯(lián)系。比如說，一個粒子上旋，那么另一個粒子就一定是下旋。如果觀察者不去觀察其中任何粒子，兩個粒子的“上下”以及“下上”這兩種組合是同時存在的。可是，如果觀察者偷看了其中一個粒子，知道它是上旋，那么不論距離多遠(yuǎn)，另一個粒子的狀態(tài)也立即被確定，并且一定是下旋。 由于觀察之前兩種可能同時存在，而觀察后卻只有一個可能了，因此觀察前后存在著客觀的變化。然而，不論兩個粒子間的距離有多遠(yuǎn)，從觀察一個粒子的狀態(tài)，到固定另一個粒子的狀態(tài)，這一過程的時間是零。換句話說，這一因果效應(yīng)的傳遞速度是無限大。 愛因斯坦認(rèn)為，在宇宙中，任何事件都只能對附近的局部地區(qū)產(chǎn)生影響，而因果效應(yīng)向遠(yuǎn)方傳遞，其速度不可能超過光速。出于這一原則，愛因斯坦認(rèn)為量子糾纏現(xiàn)象是不可能的，并把它稱作為“遠(yuǎn)距離的幽靈行為”（Spooky action at a distance）。愛因斯坦把這一觀點(diǎn)作為量子力學(xué)的反證，認(rèn)為量子力學(xué)至少是“不完整的”。 在看到這篇論文后，玻爾立即跳起，向秘書口述一篇答復(fù)?？墒窃诳谑鲞^程中，玻爾再三更改自己的言詞，最終也無法找到滿意的答復(fù)。 直到1972年，兩人間的爭論才有了分曉。1964年，英國物理學(xué)家約翰?貝爾（John Bell）提出了一個不等式，如果愛因斯坦正確，這個不等式就會滿足；而如果玻爾正確，這個不等式就會被打破。1972年弗里德曼（Stuart Freedman）和克勞瑟（John Clauser）在這一基礎(chǔ)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)糾纏光子的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)違反了貝爾不等式，證明了玻爾的正確。
可是，這一結(jié)論并不等于物理學(xué)家們的頭痛有所減輕。 早在1935年，物理學(xué)家薛定諤（Erwin Schr?dinger）就曾提出一個假想的實(shí)驗(yàn)，在這個實(shí)驗(yàn)中，有一個黑盒子，里面有一個原子、一個開關(guān)、一瓶毒藥和一只貓，它就是大名鼎鼎的“薛定諤之貓”。實(shí)驗(yàn)中，如果原子發(fā)生衰變，就會啟動開關(guān)，打破瓶子，造成貓的死亡。 薛定諤之貓 由于原子是微觀粒子，依照量子力學(xué)，應(yīng)該遵從狀態(tài)的不確定性。因此在觀察之前，原子衰變和未衰變的狀態(tài)同時存在，這只貓也就同時既是活的，又是死的。可是只要有人打開黑盒子，看一眼這只貓，根據(jù)哥本哈根詮釋，這只貓的死活就被確定下來了。由于貓是宏觀物體，而貓能夠同時既是死的，又是活的，這一狀態(tài)，違反了宏觀物體確定性的常規(guī)認(rèn)識，因而被稱為薛定諤悖論。 為了彌合這一悖論，1957年，普林斯頓大學(xué)的博士生艾弗雷特（Hugh Everett）在博士論文中提出放棄哥本哈根詮釋，認(rèn)為微觀粒子和宏觀物體遵循同一規(guī)律，都存在不確定性。而宏觀物體的不確定性，在于多個并行空間的存在：除了我們這個世界，還有許多不同的世界，有些里面有我們這樣的人類社會，有些也許沒有。如果今天中午您去了家中餐館，也許在另外一個空間里，你卻去了韓國餐館，多種可能同時存在。 其實(shí)，雙縫實(shí)驗(yàn)的一個升級版，也似乎符合這一設(shè)想。在這個實(shí)驗(yàn)中，發(fā)射的粒子不是光子、電子這樣的小粒子，而是由60個碳原子組成的球狀大分子（buckyball）。實(shí)驗(yàn)中也顯示出干涉條紋，表明這些分子的位置有不確定性。 其實(shí)，早在玻爾提出概率波的時刻，似乎已經(jīng)埋下了多重世界的伏筆。因?yàn)楦鶕?jù)概率論，概率是定義在“樣本空間”上的。而樣本空間中的每一個可能性，都是一個不同的現(xiàn)實(shí)。如果投擲一枚硬幣，看到正面朝上，那么在這次投擲中，反面朝上的可能性就沒有出現(xiàn)，它只存在于另一個現(xiàn)實(shí)中。談到概率，就不能不談樣本空間，而樣本空間，本身就是不同版本的現(xiàn)實(shí)。 隨著時間的推移，量子力學(xué)不但沒有變得通俗易懂，反而更加神乎其神：不但并行空間成為可能，甚至對時間的認(rèn)識也和傳統(tǒng)大相徑庭?，F(xiàn)在物理學(xué)家們認(rèn)為，過去、現(xiàn)在和未來都同時存在，而且時間還可能逆轉(zhuǎn)。似乎在物理學(xué)研究中，“物質(zhì)”的成分越來越少，而我們的世界，卻越來越像個巨大的信息系統(tǒng)。 其實(shí)佛家早就認(rèn)識到了并行空間的存在。根據(jù)佛家的認(rèn)識，當(dāng)一個人降生的時候，許多不同的空間中，都有一個他同時降生。佛家還認(rèn)為，人的一生就像電影一樣，過去、現(xiàn)在和未來同時存在。隨著科學(xué)的發(fā)展，科學(xué)和信仰，已經(jīng)走得越來越近。
正像美國哥倫比亞大學(xué)物理學(xué)教授布萊恩·格林（Brian Greene）在他的科普紀(jì)錄片《宇宙的構(gòu)造》（The Fabric of the Cosmos，又譯：超乎想像的宇宙）中所說： “就拿我來說吧。我看起來很真實(shí)對吧？也許是，不過令人吃驚的新線索正在展現(xiàn)出來，顯示出你和我，甚至整個空間，都是一種全息影像?！?/p> |
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