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平行宇宙:遇见另一个自己? 解放周一16-新思 新知-解放日报
本报记者 章迪思

    早上错过公交车、多年前与初恋情人擦身而过……生活中,每个人都有这样那样、大大小小的遗憾。但如果想象一下,在另一个平行宇宙,你可能乘上了那趟公交车,甚或,你和初恋情人喜结连理。在无数多个宇宙中,无数个“你”弥补了真正的你所无法弥补的遗憾。也许,这就是那么多人痴迷平行宇宙理论的原因之一。

    “平行宇宙”(或叫“多重宇宙”)一直是许多科幻作品的经典母题,包括最近上映的《环太平洋》。但它并非完全空穴来风,而是和大名鼎鼎的量子物理有着千丝万缕的联系。

    在量子力学的发展中,不能不提“薛定谔的猫”。这是一个由奥地利物理学家、量子力学创始人之一薛定谔提出的思想实验:把一只猫放进一个不透明的盒子里,然后把这个盒子连接到一个包含一个放射性原子核和一个装有有毒气体容器的实验装置。设想这个放射性原子核在一个小时内有50%的可能性发生衰变。如果衰变,它将发射一个粒子,粒子将触发装置,打开装有毒气的容器,从而杀死这只猫。根据量子力学,未进行观察时,这个原子核处于已衰变和未衰变的叠加态,也就是说,猫是“又死又活”的;但是,如果在一个小时后把盒子打开,实验者只能看到 “衰变的原子核和死猫”或者“未衰变的原子核和活猫”两种情况。

    也就是说,量子系统可以是若干个量子态的叠加,但测量行为只要一实施,量子态的叠加就会 “坍缩”到某一个明确的(被观测到的)经典态 (即量子力学的哥本哈根解释)。那么,造成这种坍缩的原因到底是什么呢?

    1957年,一位名叫爱武烈特(HughEverett)的年轻人,在博士论文中,针对量子测量中波函数坍塌的疑难,提出了“量子力学的多世界解释”(manyworld interpretation,常被缩写为MWI),他认为,在量子测量过程中,其实并无所谓的“坍缩”,所有可能的态是共存的,具有同等的实在性,所有的可能性其实都实现了,只不过每一种可能性实现在一个个不同的宇宙中了。而且这样的宇宙有无穷多个。

    爱武烈特的想法虽然得到导师惠勒(J.Wheeler)的推荐,但在物理学界反应冷淡。爱武烈特曾在1959年去哥本哈根见玻尔(NielsBohr),玻尔对自己的“哥本哈根解释”坚信不疑,而对爱武烈特的 “多世界解释”不屑一顾。爱武烈特心灰意冷,逐渐退出了物理学界。

    到了20世纪70年代,德威特(B. S.DeWitt)重新发掘了“多世界”理论,并在物理学界大力宣传,MWI逐渐广为人知——甚至出现了 “爱武烈特主义”(Everettism)这样的词汇。爱武烈特也曾有过重返物理学界的想法,不幸他1982年死于心脏病,只好万事消歇。但是,人们对 “多重宇宙”的追捧却愈演愈烈,相反,学院气息浓重的“哥本哈根解释”反而在普罗大众心中无法引起波澜。或许是因为,每个人心中都有缺憾,希望在另外的平行宇宙中得到弥补。

    多重宇宙学说 “后来居上”,和史蒂芬?霍金的支持不无关系。霍金在《时间简史》中提出,早期宇宙可能是非常混沌和无序的。与人类所处的光滑、规则的宇宙相比,混沌无序的宇宙多得多。问题是,为什么我们就“恰好”生活在非常罕见的光滑的宇宙?

    这里就要运用所谓“人择原理”了。霍金解释,“假定只有在光滑区域里的星系,恒星才能形成,才能有合适的条件,让像我们这样复杂的,能自然复制的机体得以发展。这种机体能够质疑宇宙为什么如此光滑的问题。”换言之,我们看到的宇宙之所以如此,乃是因为我们的存在。另外的宇宙我们看不到,是因为它和我们看到的宇宙没有任何相似的地方。

    霍金的这番解释,使得“多重宇宙”的存在至少在逻辑上得以成立。但严格来说,“多重宇宙”在物理学领域仍只是猜想,迄今为止并没有实验验证过它的存在,更别提收到来自另外一个宇宙的讯息了。

    尽管如此,这并不妨碍芸芸众生做这样的幻想:宇宙任何一个遥远角落的任何一个星系中,任何一个星球上发生的任何一次量子跃迁,都将把我们这里的世界分裂成自己的亿万个拷贝。这些拷贝,在遥远的另一个世界替我们实现无法实现的梦想,拥抱无法拥抱的人。

量子力学送给科幻的一份礼物

——与江晓原教授的对话

    记者(以下简称“记”):以“平行宇宙”为题材的科幻作品不胜枚举,相比之下,该“理论”在物理学界似乎并未完全获得“正统地位”。您怎么看这一现象?

    江晓原(以下简称“江”):苏东坡《蝶恋花?春景》词下阕云:“墙里秋千墙外道。墙外行人,墙里佳人笑。笑渐不闻声渐悄,多情却被无情恼。”描述了墙外行人与墙里秋千少女之间那种微妙的心理活动。如将这种描述移用来隐喻物理学界和科幻界对“平行宇宙”理论的感受,或许不无某些暗合之处。如果说随着爱武烈特退出物理学界,他发出的“多世界”笑声就此“笑渐不闻声渐悄”的话,那么科幻界的“墙外行人”却为此浮想联翩。

    记:能给我们推荐一、两部以平行宇宙为故事背景的经典科幻作品么?

    江:图解“平行宇宙”最直观的电影,当数2001年的《平行歼灭战》(英文名《TheOne》,另有中文译名《救世主》、《宇宙追缉令》、《最后一强》等)。按照影片中的故事,我们生活在“自己的”宇宙中,但是宇宙并不是只有一个,而是有125个,这些宇宙就被称为 “平行宇宙”。人类除了自己生活于其中的宇宙,每个人在其余的宇宙中也存在着。对每个个人来说,其余宇宙中的“自己”就是自己的“分身”。利用虫洞(wormhole),可以在这些平行宇宙之间往来。人类已经有能力制造虫洞,可以随意开启和关闭虫洞。但按照当时的法律,个人并不能在平行宇宙之间随便往来,这种时空旅行受到时空特警当局的严格管制。

    记:“时间旅行”也是另一个经常出现的科幻题材,它和 “平行宇宙”有什么联系?

    江:“平行宇宙”消除了“时间旅行”必然遭遇的“时间佯谬”问题。“时间佯谬”也被称作 “外祖父悖论”,即,你通过时间旅行回到过去,杀死了自己的外祖父,那么根据传统的因果关系,“现在”的你又是从哪里来的呢?平行宇宙就能很好地解决这一问题,你对历史的干预,只是展现了“另一个”世界(或历史)而已,它和现实中的世界并行不悖。例如科幻电影《未来战士》中,约翰派遣自己的属下回到过去,和他的母亲相恋而成为他的生父,一个新的历史分支随即产生,这个分支中,这名属下是约翰的生父;而与此同时,原有的那个历史分支也平行存在着,在那个分支中,这名属下并不是约翰的父亲。

    记:“平行宇宙”有没有得到物理学界的认可?有什么确凿的实验、观测证据支持其存在?

    江:目前它还无法跻身于“科学理论”之例。要成为“科学理论”,必须得到实验或观察的验证,或者至少在理论上指出这种验证或观察的路径,但我们目前还无法验证“平行宇宙”的存在。所以连惠勒最后也不得不承认,爱武烈特的观点只能提供一些 “想法”——实际上是“猜想”。

    (江晓原为上海交通大学科学史与科学文化研究院院长)

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