平行宇宙存在吗?弦理论对吗?

平行宇宙最早由广义相对论提出,后来被用来解释量子力学中的波函数坍缩。但是注意这两个东西是不一样的,不要混淆。

没有证据表明平行宇宙的存在。所有的讨论都是假设的,所以不同的人对这个问题有不同的看法。

首先说说广义相对论。目前广义相对论的解很少,但每个解都会是奇异的,奇异点会出现在黑洞区域和对偶区域(目前称为白洞区域),两个区域的界面是虫洞。然后黑洞区和白洞区之外还有其他区域,包括我们的世界和其他世界——也就是平行宇宙。

如果我们人为地把这些平行宇宙去掉,广义相对论就没有问题了。但是对于一些大胆的太空探险者来说,他们可能认为他们可以通过黑洞到达另一个世界。如果这个东西真的被证明了,那么平行宇宙已经被发现了,否则就说明不存在平行宇宙。这是广义相对论的基本思想。

其实平行宇宙的概念并不是科幻小说,而是来自量子力学中的“多世界解释”。宇宙万物都是由量子组成的,在我们观察它之前,它的状态是不确定的。平行宇宙理论认为,当我们观察时,我们会分离出不相关的宇宙,它们都处于特定的状态,当然我们的宇宙也不例外。

说到平行宇宙,就不得不提到量子力学。这个理论的魅力在于观察者的测量行为会影响量子态。在观测之前,量子系统处于不确定的叠加态。当观测者对量子系统进行测量时,它会坍缩到某个状态,每次观测得到的结果不会完全一样。对此,有物理学家认为,量子系统并非处于不确定的叠加态,而是所有可能的状态都真实存在于平行宇宙中。当我们得到某个结果的时候,我们正在向这个宇宙进化;当我们得到另一个结果时,这是向另一个宇宙的进化。

比如,假设你正在做一个决定,是看书还是玩手机。根据平行宇宙理论,这两种选择都是真实的。在一个宇宙中,你选择读书。在另一个平行宇宙,你选择玩手机。所以,你现在的生活只是你在这个宇宙中选择的结果。在平行宇宙中,你做了其他的选择,有了不同的人生。平行宇宙包含了无数种可能性,但它们不会互相干扰。这样看来,说命运掌握在自己手里是很有道理的。

那么,如果平行宇宙存在,它们在哪里?这个问题很难回答。平行宇宙可能就在我们周围,或者在我们的宇宙之外,或者存在于其他维度。平行宇宙的概念虽然很醒目,但毕竟太过虚幻,本质上只是一个数学概念。我们很难验证平行宇宙的存在,或者说根本无法验证。

量子力学的解释需要引入量子力学中的态叠加原理。任何粒子的波函数,其实都是所有好算符的所有本征态的线性叠加。根据态叠加原理,我们可以测量粒子的一个物理量,比如动量。粒子可以有很多不同的动量本征态,我们一次测得的值只能是一个动量值。如何理解这件事?

有物理学家认为这就是退相干,粒子本身进入不同的平行宇宙,产生不同的测量结果。一个不恰当的类比是薛定谔的猫。如果我们衡量这只猫的生死,可能会发现这只猫是死是活。按照平行宇宙的解释,其实每一次测量一只猫都经历了一次大冒险——它可能会进入不同的平行宇宙,从而出现不同的结果。

平行宇宙的解释克服了哥本哈根解释的困难——即测量本身的物理图像是什么。但也带来了很多问题。平行宇宙的动力学是什么?量子力学无法解释。

最后说一下弦理论,弦理论本身没有什么神秘的。只是涉及的物理和数学都很难,所以经常故弄玄虚。弦理论的雏形是20世纪70年代初的弦模型。这个模型用来解释强相互作用。只是因为量子色动力学的建立,弦模型被否决了。

但很快,在20世纪80年代,超对称引力成立。

超引力的重整化在当时被很多物理学家津津乐道,甚至有人认为超引力的提出预示着理论物理的终结。但是,超引力只是低能有效理论,不是高能理论。他的高能理论后来被证明是超弦理论。

超弦理论可以预测粒子的高能行为,也可以用来研究非常早期的宇宙。我刚才说的黑洞也可以用超弦理论来研究。但目前超弦理论没有实验基础,只是空谈。

超弦理论是迄今为止数学上最美的物理理论,也是最难证明的理论之一(另一个是圈量子引力理论,所有能量尺度都需要普朗克能量)。

所以不能说弦理论是对的,实验也没有给出答案。

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