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朱清时 | 人死后生命信息去哪里?生命永恒,但不是你以为的那样

自在睡觉 2023-09-03 20:15
可能存在许多平行宇宙,其中有你的分身。在你死亡后,你在其它宇宙中的分身还活着。生命信息是不灭的。

——朱清时

我们都是薛定谔的猫

微观世界的波粒二象性 

宏观世界的每个物体在每个时刻都有一个确定的状态,然而微观粒子在同一时刻却可以处于一种“叠加态”:

一个电子可以同时位于两个不同的地点A和B,既在A,又不在A。电子的状态是“在”和“不在”两种状态按一定几率的叠加。 


“不生不灭”,“不一不二”。

微观粒子既是粒子又是波,这个诡异特点其实正是物质世界的基础。由于电子的空间位置不确定,可以同时处于很多位置,才能形成化学键,将两个原子锁定在一个稳定的分子里。如果不容许电子同时出现在两个以上的地方,我们身体内的分子就会崩溃,物质世界就会崩溃。 

玻尔等人用“哥本哈根诠释”来解释奇怪的波粒二象性,基于以下几点假设: 

(1)所有的能量发生是在叫做“量子”的离散包中;

(2)物质由点粒子代表,但是发现点粒子的概率由一个服从薛定谔波动方程的波确定,波函数给出在特定状态下发现物体的精确概率;

(3)在进行观察前,物体可以同时以各种可能的状态存在。要确定物体处在什么状态,必须进行观察。观察使波函数“消失”,物体进入确定状态,即塌缩。

量子力学及其“哥本哈根诠释”是人类历史上最成功的物理理论之一,然而却长期饱受争议。

 “观察难题” 

什么是“观察’”?为何它会把系统从叠加态变成一个确定态?如果是一条狗或是一只苍蝇来观察也会引起这种状态的改变吗?如果空气中的一个分子与系统发生相互作用又会如何呢?

这种情况每时每刻都在发生,但我们通常却不把它视为一种可以影响系统结果的观察。人对系统状态有意识的观察具备什么特殊的物理意义?

观察通常指对一个系统进行测量,从而获得该量子系统的某些物理量的取值。观测概念在经典物理学中与量子力学中有很大的不同。

在经典物理学中,观察不会对被观测的系统产生影响,即被观察系统的状态在观察前后是不变的。

但在量子力学中,观察过程会对被观察系统的状态产生影响,即观察过程会导致被观察系统的状态坍缩成一个确定的状态。

在量子力学中,粒子的状态可以由一个数学函数表示,称为波函数。

波函数包含了有关粒子位置、动量和其他性质的信息。

当我们对粒子进行观察时,波函数从一个包含多个可能状态的叠加态,变为一个确定的状态,称为波函数坍缩

例如双缝干涉实验观测:

一个电子飞向A和B两道狭缝,落在后面的荧光屏上,在荧光屏上打出一个光点,这说明它是个粒子;

一个个地发出许多电子,它们逐一在荧光屏上打出光点,诡异的是,这些观点竟然组成了一组干涉条纹,而且条纹结构与狭缝间距有关。

这说明每个电子是同时穿过两道狭缝,自己与自己干涉,然后按几率随机地落在荧光屏上。

为了观察电子每次究竟穿过哪个狭缝,每当物理学家们在两个狭缝口放上两个粒子探测器时,奇怪的事发生了∶

这时两个电子探测器从来没有同时响过,并且干涉条纹立即消失,这说明电子总是穿过两条狭缝之一。

无论我们使用什么测量方法,一旦要观察电子通过哪条狭缝,就都是这个结果。

这就是说,当我们对电子的状态进行'观测’时,电子的'叠加态’不复存在,而是'坍缩’到'在A’,或是'不在A’,两个状态的其中之一。 

“薛定格的猫” 

薛定格提出了一个想象的猫实验 :

把一个放射性原子放在一个不透明的箱子中,让它保持这种衰变与不衰变的叠加状态。

在箱子里放一种结构巧妙的精密装置,每当原子衰变放出一个中子时,它就激发一连串连锁反应,最终打破箱子里的一个毒气瓶,把同时在箱子里的一只猫毒死。要是原子没有衰变,那么猫就活着。 

按照几率解释,我们没有观察时,那个原子处在衰变与不衰变的叠加状态。因为原子的状态不确定,所以猫的状态也不确定,只有当我们开箱察看,状态才最终确定,要么猫死掉,要么它活着。 

在箱子没有打开之前,这只猫处在同原子一样处在叠加态:同时既死又活。

这样一来,就不仅微观粒子是没有确定状态,因此猫也没有确定状态。

它活着同时又死了,这与常识太不一致。 

薛定格原想用这只猫的不可思议,来说明微观世界的荒谬,没想到经过八十余年的激烈争论,却发现我们的生命和宏观世界也是这样不可思议。

“无限后退”状态 

薛丁格在密闭的实验室里作观察,知道电子出现在A还是B、猫是死是活;然而我们在实验室外面的人处在认为薛定格本人只处于“知道猫死了”和“知道猫活着”的叠加态。

当薛定格本人用语言告诉时,我们才知道猫是死的还是活的。否则我们也同薛定谔一样进入了叠加态。

语言即意识。当我们用意识参与,可以使薛丁格的叠加态塌缩为一确定状态。

 

叠加态是人脑的工作模式:总是把有关的所有可能发生的情况放在一起同时考虑。

例如我们吃饭的时候,总是先同时想到食堂所有可能卖的东西。

一般地,当观察一个系统时,大脑先产生一个包含所有可能结果的叠加态,随后再塌缩到一个确定状态。

在作电子双缝实验时,大脑首先下意识地进入电子的叠加态:“电子既在狭缝A,又在狭缝B”。 

随后大脑产生意念:就餐时才决定只买米饭;观察时才想知道电子究竟是在在狭缝A,还是在狭缝B。

这个意念把电子与我们的眼睛(或者观测仪器)强行分割开来,成为两个对立的系统,变成你去观察电子,结果使电子本身的纠缠也分开了,变成电子或者出现在A,或者出现在B,二者选一,不再干涉。

然而正如冯·诺伊曼所指出,“观察难题”中包含的困难是:如果我在进行观察,又是什么确定我自己在什么状态呢?

这意味着必须有别的人(称作“魏格纳的朋友”)在观察我,使我的波函数消失。但是这也意味着必须有人观察魏格纳的朋友,以及魏格纳的朋友的朋友,等等。

这个“无限后退”过程的最终结果有两个:

要么整个宇宙从未塌缩过,仍然处于量子不确定状态,即存在“平行宇宙”;

要么这个观测链最终导致上帝存在:由于他在观察,才使宇宙处于确定状态。 

多世界诠释与平行宇宙

为了避免测量难题导致出现上帝,1957年休·埃弗特(Hugh Everett )提出量子力学的多世界诠释(many—worlds interpretation),用来取代哥本哈根诠释。两个诠释都能同样解释所有的实验结果。 

多世界诠释尽管最初备受嘲弄,然而随着讨论的深入,今天它已得到物理学家的广泛承认。

它参照冯·诺伊曼的“无限后退”想法,认为所有的量子系统都与整个宇宙的状态相联,因此想要完整描述观察,不能孤立地只考虑猫,必须把观测者,乃至那个时刻宇宙中的万事万物都囊括进来。

在这幅图景中,测量之后的量子状态仍然处于叠加态,但不是这只猫的生与死的叠加态,而是两个完整宇宙的叠加态!

因此多世界诠释可以被称作多宇宙诠释。 

在量子力学的薛定谔猫实验中,在毒气瓶被打破后,宇宙分成了两个。在一个宇宙中,猫是死的,但是在另一个平行宇宙中它的分身仍然活着。

在进行观察时,观察者与猫发生相互作用,使自己也进入两个不同的平行宇宙,猫分裂成了生活在其中的两个不同的分身。这两个宇宙分别对应观察到猫活着(结果A)和猫死了(结果B)。

在第一个宇宙中,观测者发现结果A,所以该宇宙中所有后继观测者都会得到结果A。

在另一个宇宙中,所有观测者都会得到结果B。 

生活在这些平行宇宙中的不同观测者,每一个都是同等“真实”的。所有的宇宙都是可能的,每一个宇宙都像别的宇宙一样真实。生活在每个宇宙中的人都会说自己的宇宙是真正的,其他的宇宙是想象的或虚构的。 

目前流行的宇宙论认为,宇宙在刚诞生时比一个电子还小,所以宇宙也应该具有量子力学的波粒二象性,没有确定的状态。

在演化过程中产生的新宇宙,好像是从某个宇宙中分离出来的,与原宇宙平行存在着,既相似又不同。

随着宇宙演化,这些大量的不确定状态就逐渐塌缩成为各个层次的多重平行宇宙。它们相互之间没有任何接触,因而都是相干的。

从广义相对论的观点来看,我们各自所处的宇宙仅仅是一个涵盖范围更大的“多重宇宙”(multiverse)中的一部分。现实世界的空间远远大于我们生活的宇宙,甚至是无限大。

按照现代天文学,我们生活的宇宙,是指我们原则上用望远镜可以观测到的诞生于大约138亿年前的宇宙。

在我们生活的宇宙之外,还存在着许许多多个宇宙,叫做“平行宇宙(Parallel Universe)”可以分成三个层次。

它们与你相距遥远,按照马克思-泰格马克(Max Tegmark)的估计(参见Newton 科学世界,2014.9 “平行宇宙”文),大约有10的10108次方米那么远。因此我们可以忽略它们。 

相互平行的两个宇宙,既不重合,也不相交,可谓“井水不犯河水”。虽然有时通过量子纠缠,两个宇宙能相互感知对方的存在;但一般而言,仍是“鸡犬之声相闻,老死不相往来”。 

从量子力学的观点来看,还可能存在第四个层次的平行宇宙。2011年,野村泰纪(Yasunori Nomura)拉菲尔·布索(Raphael Bousso)和伦纳德·萨斯坎德(Leonard Susskind)提出,永恒暴涨宇宙和休·埃弗特德量子力学多世界诠释在某种意义上是同一个概念。

按照这种理解,与永恒暴涨相联系的无限大空间只是一种'幻想’ ,暴涨产生的众多泡泡宇宙并非同时存在于单一的真实空间之中,而是代表着概率树上的不同的可能分支,称为“平行宇宙”。

如果这种多重宇宙的世界图像是对的,就意味着量子力学原理不仅适用于微观世界,而且在最大尺度上对决定多重宇宙的整体结构也起着至关重要的作用。

按照这种看法,所有可能的量子力学平行宇宙都与我们共存于同一个空间中,它们就存在于我们所处的这个房间里,在你的鼻尖之下,时刻都在与你互动。它们不是彼此远离,而是存在于同一地方、叠加在一起。

它们是同一宇宙的所有可能的量子力学状态。平行宇宙并不是位于通常意义上同时存在于不同的空间区域,而是在抽象空间中叠加在一起的、宇宙的所有可能状态。

世界可能存在的每一种量子力学状态,都对应着一个不同的宇宙。(参见马克斯-泰格马克“四个层次的多重宇宙”,《环球科学(科学美国人)》专科系列“宇宙之外”) 

为了理解这种层次的平行宇宙,想象一个随机性完全量子化的骰子。这个骰子有多少面数,分裂成的平行宇宙就有多少个。

如果这个骰子只有六面,那么它将同时显示所有的六个点数,这个宇宙分裂将成了六个宇宙,在其中一个宇宙中骰子显示一点,另一个显示两点,依此类推。

由于我们被限制在其中一个宇宙中,因此我们只能看到完整量子现实中的一部分。

平行宇宙中的人生

由于每个宇宙都足够大,所以许多小概率事件都会重复多次。

你和你的家人已经在世界上真实存在,这个事件在现实世界出现的概率虽然小,但不为零,因此它将在各个平行宇宙中无数次地出现,也就是说,你在其它平行宇宙中有很多“分身”,他具有与你相同的生命信息。

“分身”处在与你不同的宇宙里,过着不一样的人生。

每个人在面对一个问题每个人的这样的分身都不能意识到其他分身的存在。

所有的宇宙都是可能的,每一个宇宙都像别的宇宙一样真实。生活在每个宇宙中的人都会说自己的宇宙是真正的,其他的宇宙是想象的或虚构的。 

人生的每个选择都等价于一次观察,使宇宙分裂。它们不就发生在当地当下,就在你身旁。选择或观察有多少种可能性,宇宙就会形成多少分支,每个人就有多少分身。完整的人生是所有分身的叠加态。

电话响了,我们要选择是否接听电话。也许某人打电话想约会你,你选择接了电话,结果和意想不到的人结了婚;你没有接这个电话,从而过上了截然不同的人生。

多宇宙诠释认为,这两个选择都是真实存在的。它们对应着两个平行宇宙。

你在初中毕业时可以去打工,现在成为厨师,这是在某个平行宇宙中的生活;你也可以继续深造,现在成为经理,这是在另一个平行宇宙中的生活。

初中毕业时你的两种选择,使你的未来分裂成了两个平行宇宙,在一个中你当了工人;在另一个中你当了经理。两个宇宙都同样真实。如果你发现自己当了工人,那么在另一个宇宙中,一模一样的你当了经理。 

为什么当了工人你看不见当了经理的你呢?这是因为“去相干”使这两个世界没有任何联系。只有量子跃迁可以使你从一个世界到另一个世界,就像电子从墙壁的这边跳到那边一样。

平行世界是由很多四维空间组成的 , 但是平行宇宙间极难得发生大规模的量子转移 , 也许直到宇宙灭亡都不会发生一次。

在这个图像中,所有可能的宇宙都与我们共存,这些量子宇宙就存在于我们所住的这个房间里。

关键的问题是:如果这是真的,为什么我们看不见充满我的房间的其它这些宇宙呢?

原因就是去相干:这些世界的波函数是去相干的,即彼此不再同相。我们不能再与它们接触。 

为了帮助理解这种图像,史蒂文·温伯格(StevenWeinberg)用无线电来比喻多宇宙理论:

围绕我们周围有几百个不同的从遥远广播电台播出的无线电波。在任何给定的时刻,你的办公室、小汽车或卧室充满了这些无线电波。

然而,打开收音机,你每次只能听一个频率,其他的那些频率已经去相干了,不再彼此同相。每个广播电台有不同的能量和不同的频率。结果,只能将收音机一次调到一个台。 

同样,在我们的宇宙中我们已调到与我们宇宙相应的频率。但是有无限多个平行的宇宙与我们共存于同一个房间,尽管我们不能调到它们的频率。尽管这些世界看上去都很像,但每个世界的波以不同的频率振动,不再能相互作用或相互影响。 

虽然由于去相干,当了工人的你看不见当了经理的你,但是你并非完全不能知道你的分身在平行宇宙中如何生活。在相互平行的两个宇宙,可能存在量子纠缠关系,那么有时也可通过直觉感知对方的存在。

如果把一个分身比作一本书的某一页,那么整个人生就是许多不同的页码叠加在一起这本书。

翻阅它,可以了解自己的过去、现在、未来。其实你的直觉经常都在这么做,只不过没有意识到,因为你常常把直觉感知当作幻觉。随后的系列文章将讨论如何知道哪些直觉不是幻觉,并且量子纠缠可以起何种作用。 

当一个人死亡的时候,他的生命信息并未消失。它们离开了你在这个宇宙中的肉体,继续留在平行宇宙的分身中。生命信息不灭。

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