平行宇宙

    天文学术语

    本词条是多义词，共16个义项

    多元宇宙是一个理论上的无限个或有限个可能的宇宙的集合，包括了一切存在和可能存在的事物：所有的空间、时间、物质、能量以及描述它们的物理定律和物理常数。多元宇宙所包含的各个宇宙被称为平行宇宙（paralleluniverses）。也称平行世界（parallelworlds）、平行时空（parallelspacetimes）、平行次元（paralleldimensions）和代替宇宙（alternativeuniverses）。

    通常所说的平行宇宙，一般是指在我们的宇宙之外还可能存在的与我们所认知的宇宙类似的其他宇宙（即分类上的第一层平行宇宙）。

    中文名

    平行宇宙

    外文名

    paralleluniverses

    别名

    平行世界，平行次元，代替宇宙

    提出者

    休·埃弗雷特

    提出时间

    20世纪50年代

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    提出背景发展历程类型层次研究现状研究前景理论争议

    基本概要

    平行宇宙是指从某个宇宙中分离出来，与原宇宙平行存在着的既相似又不同的其他宇宙。在这些宇宙中，也有和我们的宇宙以相同的条件诞生的宇宙，还有可能存在着和人类居住的星球相同的、或是具有相同历史的行星，也可能存在着跟人类完全相同的人。同时，在这些不同的宇宙里，事物的发展会有不同的结果：在我们的宇宙中已经灭绝的物种在另一个宇宙中可能正在不断进化，生生不息。

    平行宇宙

    平行作用力的平行宇宙，对立人类的万有引力星球宇宙，平行作用力既不重合，也不相交，可谓“井水不犯河水”，导致纯基本粒子宇宙，与人类的万有引力宇宙纯星球刚好对立。

    有学者描述平行宇宙时用了这样的比喻，它们可能处于同一空间体系，平行作用力平行运动，就好像同在一条铁路线上疾驰的先后两列火车；它们有可能处于同一时间体系，但空间体系不同，就好像同时行驶在立交桥上下两层通道中的小汽车。[1][2][3]

    如何到达平行宇宙？

    提出背景

    平行宇宙的概念，并不是因为时间旅行悖论提出来的，它是来自量子力学，因为量子力学有一个不确定性，就是量子的不确定性。平行宇宙概念的提出，得益于现代量子力学的科学发现。

    在20世纪50年代，有的物理学家在观察量子的时候，发现每次观察的量子状态都不相同。而由于宇宙空间的所有物质都是由量子组成，所以这些科学家推测既然每个量子都有不同的状态，那么宇宙也有可能并不只是一个，而是由多个类似的宇宙组成。[4]

    哥本哈根解释

    从20世纪20年代起，许多物理学家都为量子力学中，微观粒子的状态用波函数（Wavefunction）来描述。当微观粒子处于某一状态时，它的力学量（如坐标、动量、角动量、能量等）一般不具有确定的数值，而具有一系列可能值，每个可能值以一定的概率出现（宏观物体处于某一状态时，它的力学量具有确定的数值）。也就是说，微观粒子的运动具有不确定性和概率性。波函数就能描述微观粒子在空间分布的概率。

    物理学中著名的“单电子双缝干涉”实验正是微观粒子运动不确定性和随机性的体现。在这个实验中，单电子通过双缝后竟然发生了干涉。在经典力学看来，电子在同一时刻只能通过一条缝，它不可能同时通过两条缝并发生干涉；而根据量子力学，电子的运动状态是以波函数形式存在，电子有可能在同一时刻既通过这条狭缝，又通过那条狭缝，并发生干涉。但是，当科学家试图通过仪器测定电子究竟通过了哪条缝时，永远只会在其中的一处发现电子。两个仪器也不会同时侦测到电子，电子每次只能通过一条狭缝。这看起来好像是测量者的观测行为改变了电子的运动状态，这种反常的现象又作何解释呢，物理学家尼尔斯·玻尔提出了著名的“哥本哈根解释”：当人们未观测时，电子在两条缝位置都有存在的概率；但是，一旦被测量了，比如说测得该电子在左缝位置，电子有了准确的位置，它在该点的概率为1，其他点的概率为0。也就是说，该电子的波函数在被测量的瞬间“塌缩”到了该点。

    玻尔把观察者及其意识引入了量子力学，使其与微观粒子的运动状态发生关系。但观察者和“塌缩”的解释并不十分清晰和令人信服，也受到了很多科学家的质疑。例如，塌缩是如何发生的，是在一瞬间就发生，还是要等到光子进入人们的眼睛并在视网膜上激起电脉冲信号后才开始。[2][5]

    多世界解释

    那么，有没有办法绕过这所谓的“塌缩”和“观测者”，从本应研究客观规律的物理学中剔除观察者的主观成分呢。

    埃弗雷特提出了一个大胆的想法：如果波函数没有“塌缩”，则它必定保持线性增加。也就是说，上述实验中电子即使再观测后仍然处在左/右狭缝的叠加状态。埃弗雷特由此进一步提出：人们的世界也是叠加的，当电子穿过双缝后，处于叠加态的不仅仅是电子，还包括整个的世界。也就是说，当电子经过双缝后，出现了两个叠加在一起的世界，在其中的一个世界里电子穿过了左边的狭缝，而在另一个世界里，电子则通过了右边的狭缝。这样，波函数就无需“塌缩”，去随机选择左还是右，因为它表现为两个世界的叠加：生活在一个世界中的人们发现在他们那里电子通过了左边的狭缝，而在另一个世界中，人们观察到的电子则在右边。以“薛定谔的猫”来说，埃弗雷特指出两只猫都是真实的。有一只活猫，有一只死猫，但它们位于不同的世界中。问题并不在于盒子中的发射性原子是否衰变，而在于它既衰变又不衰变。当观测者向盒子里看时，波函数本身会坍塌，整个世界分裂成它自己的两个版本。这两个版本在其余的各个方面是完全相同的。唯一的区别在于其中一个版本中，原子衰变了，猫死了；而在另一个版本中，原子没有衰变，猫还活着。前述所说的“原子衰变了，猫死了；原子没有衰变，猫还活着”这两个世界将完全相互独立平行地演变下去，就像两个平行的世界一样。量子过程造成了“两个世界”，这就是埃弗雷特前卫的“多世界解释”。

    这个解释的优点是：薛定谔方程始终成立，波函数从不塌缩，由此它简化了基本理论。它的问题是：设想过于离奇，付出的代价是这些平行的世界全都是同样真实的。这就难怪有人说：“在科学史上，多世界解释无疑是目前所提出的最大胆、最野心勃勃的理论。”[2][6]