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初探多世界的存在
初探多世界的存在 

 
超弦理论中的空间结构。(网络图片) 

在宇宙中是否有无限多个世界同时存在并相互平行的演变,每个人都同时生活在这无限多个世界中做着不同的事情,而所有物体在每个世界中也都有其特定的存在和演化形式……这听起来就像科幻小说,但这正是量子力学“多世界理论”的中心内容。

这个由美国普林斯顿大学物理学博士哈夫.艾佛雷特1957年率先提出的理论,后来被美国最著名的宇宙物理学家、相对论专家暨二战时期研制原子弹的曼哈顿计划和氢弹计划主持人之一约翰.惠勒教授进一步发展。在其后50年中,此理论吸引一代又一代物理学家致力其中,代表人物包括英国牛津大学教授戴维.德伊池。

作为世界理论物理学界领袖,德伊池2001年9月曾接受美国《发现》杂志专访,他对多世界存在的论述深入浅出,让普通人感到不难理解。他批评某些物理学家之所以不能接受多世界理论,是因为他们不敢改变固有的思维观念,只是出于实用主义的考虑而应用量子力学,而不去真正思考他们每天都在用的方程式后面真正的意义。

量子物理对微观粒子的观察

量子物理学家20世纪初发现,诸如:电子、质子等所有微观粒子都有个奇怪的性质,即在同一时刻能同时存在于空间中的许多位置,就像有分身术一样。但当人们真正去观测时,却又只能在一个位置找到微观粒子。人们提出很多理论来解释这一现象,但严格的说在数学上都站不住脚。

直到1950年代诞生的“多世界理论”才解决此问题。该理论认为,实际上有无限多个世界,空间中有多少个位置就有多少个世界。微观粒子在这些世界的每一个中都有确定的位置,所以看起来就像是粒子在空间每个位置上都存在一样。而每做一次测量,就是从无限多个世界中选择一个,粒子在那个世界中的位置就能被测量到。

德伊池认为,量子力学的这一理论不仅适用于微观世界,也适用于宏观世界的每个层面。因为所有宏观物体都由微观粒子构成。他指出,每个人也都同时存在于不同的空间中,即使我们自己意识不到这一点。他认为单一世界的概念实际上是错误的。

在通常情况下,人们感觉不到多个世界存在,也几乎无法知道在另外时空中另外的自己在做甚么。但如果精心控制实验条件,在诸如“双缝衍射”等实验中就能瞥见多个世界存在的蛛丝马迹。德伊池认为此理论是对量子力学中奇怪现象的唯一解释,因为它基于严密的数学程式和大量试验结果。

《科学》杂志探讨另外空间

对于另外空间的存在,当许多人还半信半疑时,越来越多物理学家已逐渐地接受它。《科学》杂志在2002年5月第296卷上发表题为〈时空,卷曲的膜和隐藏的维度〉的综述性文章,简要介绍了多维空间的概念。

通常人们比较容易理解的是3个空间维度和1个时间维度构成的四维空间。然而,爱因斯坦的广义相对论87年前把4个维度合并在一起形成时空概念时,科学家才意识到时间和空间并非绝对,宇宙实际上有涨落并可延展,能像橡皮球一样被拉长、压缩和弯曲,在某些地方空间甚至可以把自己卷曲成诸如黑洞这样的奇异天体。

在研究宇宙结构的演变时,科学家发现,人们没有任何理由说时空必须是四维。从数学角度来说,多维时空更容易被描述。实际上,和很多人的直觉相反,许多物理学家已证明多维时空的存在不仅可能,而且为保持对时空描述的一致性,它们必须存在。

为把相对论和量子力学统一在一起,物理学家1970年代发明了当代物理学中最尖端的超弦理论。在此理论中,构成宇宙最基本的粒子是被称为“弦”的极微小亚原子物体。理论同时指出,人类生活的这个空间实际上应该至少有10个维度。其它六维紧紧的蜷缩在一起,由于极为微小,人们无法用通常的方法探测到它们。

《科学》杂志发表的文章认为,人们之所以感觉不到多维空间的存在,是因为人们的视场被限制在低维的膜中,而这个低维的膜被镶嵌在更高维的膜中。这些膜之间一次又一次的激烈碰撞产生一系列大爆炸,从而演化出多重宇宙结构来。

此前,另一篇发表在《自然》杂志2001年6月第411卷的文章也同样认为,我们这个宇宙只是多维空间的一层膜,多重宇宙是以多层膜的形式存在于多维的超空间中。这些另外的时空可能只有原子大小,也可能无限大。人们可能探测不到它们的存在,但它们却对我们这个宇宙的物理现象产生深刻的影响。

用德伊池的观点来说,这就像当年人们不相信地球是围绕着太阳转一样。如果拒绝用多世界的眼光看事物,人们就永远不会对宇宙有更新和更深刻的认识。◇

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