多重的多元宇宙也许是同一回事

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 多重的多元宇宙也许是同一回事 不是多元宇宙显得诡异，而是我 们需要更新自己的时空观念。 中国论文网 /8/view-12914854.htm 弗拉马利翁木刻这幅图像的 名字也许你没怎么听说过，可是这幅画 你一定见到过许多次了。它描绘的是一 个旅行者，身着斗篷，拄着拐杖，身后 是城镇及树木的不同场景，周围有透明 的外壳，上面点缀着无数星星。靠近那 个世界的边缘，旅行者钻入另一边，那 是一个令人眼花缭乱的全新世界，充满 了光、虹与火。 这幅画是法国天文学家卡米伊 弗拉马利翁 1888 年出版的一本书中的 插图，原作是黑白画，现在彩图到处可 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 见。他注意到，天空看上去是个圆顶， 上面缀满了天体，可是印象往往能蒙骗 人。弗拉马利翁这样写道：“在我们祖 先的想象中，这个蓝色的穹顶就是眼睛 引领他们去相信的东西；可是，正如伏 尔泰所说的那样，蚕作茧是由于受宇宙 的限制。 ” 这幅木刻被人们看作是人类寻求 知识的象征，但是我还是想从画面上的 内容去理解，与弗拉马利翁的意图相同。 在科学史上，我们经常在已知世界的边 缘发现一个缝隙，然后就钻过去。这个 宇宙并非终止于土星的轨道，也不是在 银河系最外缘的那些星球处停止，我们 视力所及的最遥远的星团还不是其尽头。 今天，宇宙学家认为其他所有的宇宙就 在那里。 但是，与量子力学所能揭示的内 容相比，这几乎是司空见惯的事了。这 不仅仅是这个圆顶上的一个缝隙，还是 一种新的突破口。物理学家和哲学家很 久以来一直在争论量子理论的意义，可 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 是不知出于什么原因，他们都认为量子 理论揭示了我们的感觉无法企及的一个 广阔空间。也许这个原理最纯粹的化 身量子理论方程式最直截了当的解 读就是休埃弗雷特于 20 世纪 50 年 代提出的多个世界的观点。按照这种观 点，凡是能发生的事实际上已经在其他 宇宙的某个方位发生了，量子理论的概 率代表着产生某种结果的宇宙的相对数 量。南加州大学物理哲学家大卫华莱 士在其 2012 年的著作新兴的宇宙 一书中这样写道：“ 从量子力学的字面 意义上来说，这个世界比我们预期的要 大得多。的确，我们经典意义上的世 界只是一个更大的现实当中的很小一 部 分。 ” 这一系列的宇宙乍一看与宇宙学 家讨论的宇宙截然不同。宇宙学视野中 的宇宙尺度比星系大，其模型是用来解 释宇宙的统一性的。推测的平行宇宙在 时空不同的遥远区域，属于当地量子泡 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 沫或其他什么东西演变的大爆炸的结果， 大约就像星团一样存在于那遥远的空间， 你可以想象乘坐星际飞船飞到它们那里 去。 相比之下，埃弗雷特的多个世界 就在我们这里。他的这个概念是在试图 理解实验室测量过程时产生的。量子在 云室里留下痕迹，原子受磁性扭曲，热 物体放光就是这类触手可及的实验催 生了对量子理论以及一致解释的探求， 测量过程中发生的量子“ 分支 ”引发了与 我们的生活空间重叠的新世界。 然而，这两种多元宇宙有共同之 处。我们可以通过想象去往其中的任何 一个宇宙。设想你乘坐星际飞船到达另 一泡沫宇宙，间隔的空间会膨胀得很快， 快到让你无法跨越，因此泡沫宇宙就被 相互隔离。同理，我们的天性就是对量 子多元宇宙中的其他宇宙一无所知。这 些其他宇宙虽然是真实存在的，可是我 们永远都看不到。 而且，虽然量子多元宇宙不是为 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 宇宙学创立的，但是它很适合宇宙学。 常规的量子力学（尼尔斯玻尔及其同 事赞成的哥本哈根观）必须区别观察者 和被观察的对象，对标准的实验物理学 来说这挺好。观察者是你，实验是你正 在观察的东西。可是，如果接受调查研 究的目标是整个宇宙呢？你无法身处这 个宇宙之“外 ”对其进行测量。多个世界 的解释没有这样的人为区别。加州理工 学院的物理学家肖恩卡罗尔及其研究 生詹森波拉克和金伯莉博迪在最新 的一篇论文中，把多个世界的解释直接 运用于宇宙学多元宇宙的宇宙创造，他 说：“（在埃弗雷特看来）原来在常规 量子力学中非常空泛的所有一切基本上 都能够计算。 ” 最后，这两种多元宇宙对我们的 观察做出了相同的预测，唯一的不同之 处是：它们将可能的结果置于不同方位。 卡罗尔发现， “宇宙学的多元宇宙（不同 状态处于相去甚远的时空方位）等同于 一个本地化的多元宇宙（不同状态都在 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 一处，只是处于波动函数的不同分支） 。 ” 麻省理工学院的宇宙学家马克斯 泰格马克在 2002 年的一次讲座中， 曾对这个概念进行过具体化描述，在此 基础之上，2014 年他出版了我们的数 学宇宙一书，描述了几个“层面” 的宇 宙。层面指的就是我们自己这个宇宙 非常遥远的区域，层面是量子的多个 世界。 （他还提出了层面与层面， 此处不讨论。 ）要看层面与层面之 间的相似性，就得考虑概念的性质。如 果某个事物会有两种不同的结果，你只 能看到其中之一，但是你能肯定另一种 结果也已发生，或者是在一个巨大宇宙 的某个方位，或者是在当下的一个平行 宇宙中。如果有足够大的空间，其中充 满着物质，在地球这里发生的事件也会 在其他什么地方发生；有多少种变体， 就会在多少不同的方位发生。 量子事件之所以不确定，是因为 我们对自己所处的方位还不确定。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 比如说，你在做一项实验：将一 个原子投向一对磁体，看见这个原子转 向较低或较高的磁体的概率各半。从多 个世界观的角度来看，你的实室里有 两个交叠的世界，在其中的一个世界里， 原子向上，在另一个世界里，原子向下。 在宇宙学的多元宇宙中还有其他宇宙 （或者我们这个宇宙的部分） ，在这种 宇宙模型中形成了一对完全相同的地球， 一个类人生物在进行着相同的磁性实验， 但是得到不同的结果。从数学的角度来 说，这两种情况是等同的。 多元宇宙的观点不是人人都能接 受的。这些概念仍然属于试探性的，以 此为背景，让我们看一看会是个什么情 况。实际上，这两种多元宇宙可能不存 在什么区别，这种多个世界的观念可能 与宇宙学的多元宇宙观相同。如果看上 去不同，那是因为我们对现实的思考方 法不一致。 斯坦福大学的物理学家列奥纳德 苏士侃在他 2005 年出版的宇宙景 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 观一书中提出这种等同性。他写道： “埃弗雷特的多个世界观起先看上去是 一个与永恒膨胀的超大宇宙不同的概念； 然而，我认为这两种观点实际上可能是 一回事。 ”2011 年， 他与加州大学伯克 利分校的物理学家拉斐尔布索合撰了 一篇论文，指出这两者是一回事。他们 认为，要想搞清楚与量子力学相关的概 率以及胶散现象，唯一的方法就是将多 个世界的图景运用于宇宙学。他们声称， 以此得出的 自然结果就是一个 宇宙学意义上的多元宇宙。同一年，加 州大学伯克利分校的野村康泽也发表了 一篇论文，认为自己的研究“是对量子 测量过程和多元宇宙的完全一致的处理” 。泰德马克与加州大学圣克鲁兹分校的 安东尼阿吉雷 2012 年合著的一篇论 文也沿着类似的思路进行讨论，认为量 子多个世界不在地球这里，而在外层空 间；量子波动函数不描述“某些想象的 时髦玩意儿，推测目标物可能在哪里， 而是描述存在于我们这个无尽空间的目 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 标相同的副本的现实空间集合”。 布索解释说，关键在于认真思考 你的视角。设想以上帝的视角来看多元 宇宙，你会看到所有的可能性同时展现。 没有或然性，一切都肯定在某个方位发 生。但是，从我们自己有限的视角出发， 扎根于地球这颗行星，不同的事件就会 展现不同的可能性。他说：“我们换一 个全球的图景，所有事件都在某个地方 发生了，可是没人能够全部看到；如果 从局部看，你紧盯着一小块，基本上能 够探索得到。 ” 将视线从全球转向区域，我们必 须将宇宙切分，原先无法测量的现在就 不再成为问题。布索把能够测量的部分 称为我们的“ 因果补丁” ， 这是将会影 响我们的所有因素的总和，不只是今天 能够观察得到的宇宙，而且还有我们子 子孙孙将会到达的空间区域。在心理上 把我们的因果补丁从时空的其余部分切 分，就能想出我们能够进行怎样的观察， 其结果就是老掉牙的量子力学。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 从这个视角出发，之所以量子事 件不确定，是因为我们对自己在这个多 元宇宙中所处位置不够确定所致。无尽 的空间有无数造物看上去跟你很像，行 为也很像，各个方面都很像。 纽约客 有一个经典的卡通画正中其要害：我们 看见一群嘎嘎叫的企鹅，长得一模一样， 聚集在一大块冰上。其中的一只企鹅问： “咱们当中的哪一位是我？” 这只可怜的企鹅可能蛮希望参考 附近的浮冰画个三角形，找出自己所处 的位置，可是在多元宇宙中我们没有这 样的参照点，所以我们永远也无法区别 我们多元的自我。牛津大学的物理学家 大卫多伊奇跟卡罗尔和泰德马克一样， 坚定地支持多个世界之说，他在现实 的构造一书中写道：“ 假设要问哪个 相同的副本是我在物理学上有意义，就 意味着假设在多元宇宙之外还有某 种参考框架，参照这个框架就能 给出答案。 我是左起的第三位 可是是在什么的左侧 ， 第三指的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 是什么？”没有 “多元宇宙之外的视角 ”。 平行宇宙不在外层空间，而在我 们自己时间轴的某处。 泰德马克认为，量子力学里的概 率这个概念，其根本就是反映了“你不 能在层次多元宇宙中给自己定位，即 不知道你在整个空间无限多个拷贝当中 哪一个拥有自己的主观认识”。换句话 说，事件似乎具有或然性，因为你根本 不大可能确定哪个你是你。因为无法确 定一项实验会以什么方式展现，这项实 验可以所有方式展现；你简直不能确定 哪个“你”将观察到哪一种结果。 对布索来说，这个方法在数学上 已相当成功，他不肯再去绞尽脑汁地思 考如何解释这些合并的多元宇宙更深层 次的意义。他说：“ 归根结底，唯一最 重要的事情是你的理论能预测到什么， 与观测结果相比如何；超出我们宇宙学 视野的区域是观察不到的，仍然无法了 结的波动函数的分支也一样。无论如何， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 这都只是我们用来计算的工具而已。 ” 可是，这样一种工具主义的物理 理论观对许多人来说并不令人满意。我 们仍然想知道这都意味着什么实验室 里刻度盘上的一个读数会暴露无数个时 空泡沫的存在。纽约州立大学的科学哲 学家马西莫皮格留希说：“如果你是 在讨论宇宙如何分裂，那么你最好给我 解释清楚到底是怎么一回事，而且发生 在那些其他世界的什么具体方位。 ” 要想搞清楚多元宇宙种群之间的 关系，我们常规的时空观也许需要更新。 如果多元宇宙既在外层空间那里也在我 们的地球这里，也许就意味着我们“这 里”和“那里”的范畴帮不了我们什么忙。 近 20 年前，多伊奇在现实的 构造一书中提出，理解多元宇宙需要 一种新的时间概念。在日常生活中，甚 至在物理学中，我们把牛顿时间永动这 样的概念预设为先决条件，多元宇宙通 常被描述为时间上展现的一种结构。实 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 际上，时间并不流动，我们也不是以某 种神秘的方式穿过时间。时间是我们用 来界定运动的手段，它本身是无法动的。 所以，多元宇宙不演变，而是仅仅存在。 多伊奇这样写道：“ 多元宇宙没有 出 生或死亡 ，这些术语是以时间流 动作为先决条件的。 ” 多伊奇认为多元宇宙不在时间内 完结，而是时间在多元宇宙内完结。他 说，其他时间只是其他宇宙的特例。 （独立研究者、物理学家朱利安巴伯 尔在他 1999 年出版的时间的终结 一书中也探讨了这个观念。 ）多伊奇说， 有些这样的其他宇宙与我们自己“现在” 这个宇宙极其近似，所以我们是在按照 我们这个宇宙的一部分来讲这个故事， 而不是将其视为与我们分离的独立宇宙 来处理。对我们来说，这些宇宙不在外 层空间那里，而是在我们的时间轴上。 正如我们无法一下子体验整个多元宇宙 一样，我们无法立马体验时刻无尽的排 列组合。我们的经验反映了我们的视角 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 14 是内涵式的观察者，居住在单个时刻之 中。在从全局到局部的观念转变中，我 们恢复了时间熟悉的外部标志。 一个体系也许不仅仅存在于一个 单一的空间，而是同时存在于多个空间， 我们管这个体系叫多元宇宙。 多元宇宙或许也改变了我们的空 间概念。卡罗尔问：“ 这个世界看上去 为什么那么经典？为什么有时空四个维 度？”他在博客里讨论合并宇宙问题， 承认埃弗雷特没有回答那些问题， “但是 给了你一个框架让你来问这些问题”。 他及其他人相信空间不是根本现 象，而是一种浮现的现象。可是它是从 哪里浮现的呢？实际上存在的是什么种 类的“东西”？对卡罗尔来说，埃弗雷特 图景为这个问题提供了一个极其简单的 答案。他说：“ 这个世界是个波动函数， 是希尔伯特空间元素，就这么回事。 ” 希尔伯特空间是与量子波动函数 相关的数学空间，是对一个系统所有可 能状态的抽象表述，有点儿像欧几里得 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 15 正则空间，但是有一个维度变量，这个 变量取决于该系统允许有多少状态。一 个量子位（量子计算机里的基本数据， 可以是 0 或 1，或者是 0 和 1 的某种结 合）有二维希尔伯特空间，像位置或速 度这样的连续量与无限维希尔伯特空间 相符。 通常，物理W 家从现实空间体 系入手推断