作者：魯超

本文來自科普博覽大家族科學(xué)大院（ID:kexuedayuan）

說到“平行宇宙”，科幻迷、影視迷都會腦洞大開：在我們生活的宇宙之外，還有其他宇宙存在，那邊還有一個“我” ……

然而， 讓人吃驚的是，“平行宇宙”這個概念真不是作家的異想天開，而是科學(xué)家提出來的。只不過，科學(xué)家眼中的“平行宇宙”并不是“還有一個我”那么簡單，他們叫它“多宇宙”。

（圖片來源：鳳凰網(wǎng)）

第一個提出多宇宙說法的 居然是他

若論人類歷史上最最精彩的辯論，非愛因斯坦和玻爾的“世紀(jì)論戰(zhàn)”莫屬。

1927年，第五屆“索爾維會議”在比利時布魯塞爾召開，這次的主題是“電子和光子”。除了索末菲和約爾當(dāng)?shù)壬贁?shù)科學(xué)家，世界上最有名的科學(xué)家悉數(shù)到場，留下了那張?zhí)柗Q凝聚了人類一半智慧的“物理學(xué)全明星夢之隊”世紀(jì)照片。

這是人類科學(xué)史，甚至人類歷史上最珍貴的一張照片，沒有之一（圖片來源：wiki）

前四天波瀾不驚，愛因斯坦一直沒說話，即使第三天玻爾、玻恩、海森堡“三英戰(zhàn)呂布”齊懟薛定諤，愛因斯坦依然穩(wěn)如泰山。到了第五天下午，大神們開始上臺做總結(jié)陳詞。洛倫茲點名讓玻爾發(fā)言，玻爾重申了他的“哥本哈根解釋”：在測量電子的位置之前，討論電子在哪里沒有意義。也就是說，這個物理世界并沒有什么“客觀現(xiàn)實性”，物理學(xué)家去討論“本質(zhì)”是無聊之舉。

看看吧，因為量子力學(xué)的出現(xiàn)，在原本穩(wěn)定而實在的時空里蕩起了一陣微妙的漣漪，世界變得模糊而不確定起來。

（圖片來源：google）

一直在臺下堅如磐石的愛因斯坦終于坐不住了：“什么？哥本哈根學(xué)派簡直是一群神棍！物理學(xué)家就是要去深究萬物之理，不去討論世界的本質(zhì)，那還研究什么？”

他大步走上講臺，在黑板上畫了一個電子穿過小孔在屏幕上得到衍射圖像。按照“哥本哈根解釋”：電子穿過小孔后，沖向屏幕的是一團概率波，屏幕任何一點都可能成為它的落腳點，觀察后發(fā)現(xiàn)電子落在A點，這就是“波函數(shù)坍縮”！問題來了，屏幕上其他點竟然要同時對電子的觀測做出反應(yīng)，這似乎暗示了一種超距作用，也就違背了相對論里的“光速不變原理”！

哥本哈根解釋：測量后，概率波函數(shù)坍縮成具體位置。愛因斯坦：處處瞬間坍縮？超光速了！（圖片來源：wiki）

這場世紀(jì)論戰(zhàn)由此展開。篤信因果律的愛因斯坦認(rèn)為：“上帝不會擲骰子！”而玻爾的哲學(xué)是：“你不要指揮上帝怎么做。物理學(xué)的任務(wù)，不是要找出自然是什么，而是對于自然，我們能說什么?！?/p>

愛因斯坦：上帝不玩骰子。玻爾：別指揮上帝怎么做。（圖片來源：google）

在眾多相信實證的物理學(xué)家眼里，玻爾的哥本哈根解釋才是科學(xué)的態(tài)度，而當(dāng)年物理學(xué)界最反叛最具革命性的愛因斯坦這次竟然站到了新生的量子力學(xué)的對立面上，成為了守舊的代名詞。艾倫菲斯特甚至氣憤的說：“愛因斯坦，我為你感到臉紅！你把自己放到了那些徒勞推翻相對論的人一樣的位置上了！”

在這之后的幾年里，愛因斯坦卷土重來，用“光箱實驗”和“EPR佯謬”輪番向玻爾施壓，均被玻爾一一化解。（當(dāng)然愛因斯坦并不認(rèn)為自己在“EPR佯謬”上輸了，這個梗一直到50年后才真正得到解決，這是后話。）

眼看愛因斯坦即將敗走麥城，薛定諤挺身而出，他寫信給愛因斯坦，信中構(gòu)想了一個實驗：

一只貓被關(guān)在一個密閉的盒子里，貓的生死取決于一個放射性原子的狀態(tài)，在一定時間內(nèi)，這個原子有50%的幾率衰變，衰變反應(yīng)會被蓋革計數(shù)器觀測到，并通過繼電器釋放一個錘子擊碎一小瓶氫氰酸，這只貓就會死亡。

按照哥本哈根解釋，量子系統(tǒng)在被觀察之前一直處于疊加狀態(tài)，那么這只貓在打開盒子之前，是處于一種“既死又活”的狀態(tài)。如此超越凡人日常經(jīng)驗的思想實驗，被后人稱為“薛定諤的貓”，位列物理學(xué)四大神獸！

“薛定諤的貓”（圖片來源：wiki）

“薛定諤的貓”之所以影響深遠，在于薛大神用他那超人的智慧將微觀的量子效應(yīng)放大到了我們的日常世界。如果哥本哈根學(xué)派繼續(xù)嘴硬，他們就不得不硬著頭皮 承認(rèn)：“確實如此，沒打開盒子之前，那只貓確實是‘既死又活’的！”

愛因斯坦收到薛定諤的信后大喜過望，他在回信中說：“如果只有一個人是誠實的，那個人就是你（除了勞厄），因為你知道無法回避現(xiàn)實。其他人根本不知道他們在玩什么冒險游戲，（他們必須明白），現(xiàn)實是要建立在實驗的基礎(chǔ)上！”

在這之后，愛因斯坦更是如此嘲諷哥本哈根學(xué)派：“難道這意味著，我不看月亮的時候，月亮就不存在？”

愛因斯坦：我真的說過這句話。（圖片來源：google）

哥本哈根學(xué)派科學(xué)家們似乎遇到了最大的危機，薛定諤用一只貓把他們推到了風(fēng)口浪尖上，而同時對量子力學(xué)的研究也不僅僅局限于微觀世界的物理意義，更是上升到了宏觀世界的日?，F(xiàn)象，甚至被推上了哲學(xué)高度。

中國大哲人王陽明說過與愛因斯坦類似的話：“汝未看此花時，此花與汝心同歸于寂？”而貝克萊大主教也說過“存在即是被感知”。過去，科學(xué)家們只把這當(dāng)成哲學(xué)上的唯心夢囈，科學(xué)研究的應(yīng)該是 “可實證”的現(xiàn)實世界。而如今，按照哥本哈根解釋，我們的宇宙該是如何，竟然取決于我們的觀測，難道我們竟然處于一個“唯心”的世界？

王陽明：我也真的說過這話。（圖片來源：google）

“薛定諤的貓”這個梗當(dāng)然逃脫不了科幻作家的視野，比如劉慈欣的《球形閃電》中：球形閃電竟然是比我們世界更高一層“宏世界”里的宏電子，它之所以飄忽不定可以穿墻而入，就因為它的量子效應(yīng)。人、動物和其他物體被球形閃電擊中，表面上變成一攤灰燼，實際上是變成了量子疊加態(tài)，彌散在空間中。偶爾他們還是會存在于我們的世界，但只要一觀察，他們就立馬消失了，這似乎就是“鬼魂”。

薛定諤一直想跟玻爾當(dāng)面交流貓的問題，可惜的是，二戰(zhàn)爆發(fā)了，薛定諤被迫輾轉(zhuǎn)到愛爾蘭，在這里他寫下了《生命是什么》。1952年，他在都柏林做了一次演講，談到了他的貓，他開玩笑地警告他的聽眾，他將要說的話可能“看起來很瘋狂”。按照他的說法，“薛定諤方程”所描述的似乎是幾個不同的歷史，它們“是同時發(fā)生的”。

原來，是薛大神第一個提出了“多世界”的設(shè)想。

薛定諤在都柏林另一次演講的照片，他正在講解生命的實質(zhì)（圖片來源：google）

多宇宙之父——艾弗雷特三世

薛定諤在都柏林的演講后第二年，一個化學(xué)系本科畢業(yè)的小伙子進入普林斯頓大學(xué)數(shù)學(xué)系，研究軍事博弈學(xué)。很快他又對理論物理產(chǎn)生了興趣，一邊跟著魏格納（1963年諾貝爾物理學(xué)獎）學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)物理方法，一邊完成了軍事博弈學(xué)論文，取得了碩士學(xué)位。到了博士期間，他終于找到了自己的興趣，于是他投身惠勒門下研究量子力學(xué)基本原理。

他的同學(xué)如此評價他：“他太聰明了！從化學(xué)工程到數(shù)學(xué)，再到物理，其實他整天都在看科幻小說。我想說，這就是天賦。”這個天賦異稟的小伙子叫做休·艾弗雷特，由于他的父親和祖父也起了相同的名字：休，所以我們也可以叫他“艾弗雷特三世”。

（圖片來源：wiki）

艾弗雷特在1956年將他博士期間的研究匯編成一篇長論文《沒有概率的波動力學(xué)》(Wave Mechanics Without Probability)，他在文中提出一個革命性的觀點，認(rèn)為 “波函數(shù)坍塌”這個違背直覺的設(shè)定就應(yīng)該被“奧卡姆剃刀”砍掉，還不如承認(rèn)波函數(shù)的客觀存在。之所以會遇到“薛定諤的貓”這種悖論，那是因為這時“分裂”成多個宇宙，在某些宇宙里面貓死了，某些宇宙里面貓還活著。這兩個宇宙“分裂”之后（請注意這里的用詞：“分裂”），彼此孤立，再也沒有交集，可以認(rèn)為它們彼此“平行”，因此艾弗雷特的“多宇宙”也被稱為“平行宇宙”。在其他一些地方，也有過“多重宇宙”的說法，它們都是一個意思。

貓死貓活的問題被艾弗雷特用多宇宙來解釋了（圖片來源：wiki）

有了“多宇宙”，量子力學(xué)里最最神秘的雙縫干涉實驗就容易解釋了。

雙縫干涉實驗，在每一本中學(xué)物理教科書上都可以找得到，托馬斯楊用這個著名實驗證明了光的波動性。但是量子力學(xué)發(fā)展起來以后，有人想，如果用電子（或光子）一個個通過雙縫，還會產(chǎn)生干涉條紋嗎？說電子是波，當(dāng)然應(yīng)該產(chǎn)生干涉條紋啊，但電子明明是一個個通過的，難道它自己和自己干涉了嗎？說電子是粒子，那這個電子究竟走了哪條縫呢？

實驗物理學(xué)家說：不要吵，做個實驗。

隨著實驗手段的進步，還真有人做出了這樣的實驗，比如日本科學(xué)家外村彰給出的實驗結(jié)果圖案，如下圖，分別為11個、200個、6000個、40000個和140000個電子打在屏幕上出現(xiàn)的光點，可看出，隨著電子數(shù)越來越多，屏幕上逐漸出現(xiàn)了明暗條紋。

單電子干涉實驗結(jié)果（圖片來源：wiki）

單電子也能產(chǎn)生雙縫干涉條紋，似乎已無爭論，但電子究竟走的是哪條縫呢？按照艾弗雷特的多宇宙理論就簡單多了，根本就不需要“波函數(shù)坍縮”這個假設(shè)，就記住一點，在某些宇宙里面，電子走左縫，而另一些宇宙里面，電子走右縫。

艾弗雷特用一個多宇宙的設(shè)定，一下子完美的解釋了很多量子現(xiàn)象，比如EPR佯謬、馮諾依曼的邊界問題甚至波粒二象性，都一目了然了。更重要的是，量子力學(xué)終于擺脫了“觀察者”這個空中樓閣，雖然多了很多宇宙，但終于回歸了現(xiàn)實世界，很多人心里踏實多了，長舒了一口氣。

艾弗雷特三世：多世界理論是唯一能夠完全一致的解釋量子力學(xué)和世界現(xiàn)實的的方法。（圖片來源：google）

1959年，艾弗雷特滿懷憧憬來到哥本哈根面見玻爾。誰能想到，這竟然成了一次“災(zāi)難性”的拜訪，對于量子力學(xué)的老學(xué)究們來說，“多宇宙”已經(jīng)不止是離經(jīng)叛道，而簡直是異端邪說了！事后，玻爾的追隨者萊昂·羅森菲爾德（Leon Rosenfeld）說，艾弗雷特“愚蠢得難以形容，連量子力學(xué)中最簡單的東西都無法理解?！?而艾弗雷特自己回憶起這個故事也說到：“（這次訪談）從一開始就注定是地獄……”

后來的另一次會面，玻爾（左三）和艾弗雷特三世（右二）在普林斯頓大學(xué)。（圖片來源：google）

這次會晤讓艾弗雷特心灰意冷，他離開了科學(xué)界，進入美國國防部，成為軍事專家。后來又出來創(chuàng)業(yè)，竟然很快成了百萬富翁。而他的“多宇宙”卻幾乎被丟進垃圾桶里，幾乎無人問津。

到了1970年，德威特才發(fā)現(xiàn)了艾弗雷特塵封已久的驚人設(shè)想，一下子獲得了全世界的矚目！這是后話。

艾弗雷特在物理學(xué)界以外的幸福生活。（圖片來源：google）

艾弗雷特在上世紀(jì)70年代末曾想過重返物理學(xué)界，1977年應(yīng)惠勒的邀請，他來到得克薩斯州奧斯汀做了一次演講，很受歡迎，而艾弗雷特也見到了多年來一直幫自己理論做推廣的德威特，以及后來一直幫多宇宙理論站臺的惠勒的學(xué)生——多伊奇?；堇找矞?zhǔn)備在加州為艾弗雷特建造一個研究所，但他自己卻始終與多宇宙理論保持距離。后來艾弗雷特終究沒能回到物理學(xué)界的中心，一直保持著“世外高人”的姿態(tài)，他自己仍然對他的孩子——“多宇宙”充滿信心：“我必將因多宇宙理論而（在物理學(xué)史上）留名！”

1981年，艾弗雷特因為心臟病去世，他的兒子后來回憶道：“艾弗雷特對多宇宙理論從未動搖過信念！”

多宇宙理論是條噴火龍？

“多宇宙”理論最為吸引人的是，它拋棄了“觀察者”的特殊地位，每一個宇宙都是客觀的歷史和演化。諸如費曼、溫伯格、霍金、蓋爾曼等大牛，都曾經(jīng)表示自己支持多宇宙的觀點。霍金雖然曾經(jīng)常開玩笑：“一聽到薛定諤的貓，就想去拿槍”，但卻多次表示，多宇宙“顯然是正確的”。

△蓋爾曼：艾弗雷特的作品（多宇宙）被很多人描述為不同的世界，他認(rèn)為每一個不同的歷史，分支的歷史，都被賦予了某種現(xiàn)實。（圖片來源：google）

也有不少大科學(xué)家旗幟鮮明的反對，比如貝爾、彭羅斯、斯特恩等。最為典型的反對原因是，為了一個電子，竟然如此興師動眾，引入這么多宇宙？這也太“殺雞用牛刀”了吧？更何況，多出來這么多宇宙，能量守恒在哪里呢？

多出來這么多宇宙，能量守恒往哪里放？（圖片來源：google）

普林斯頓大學(xué)教授保羅·斯坦哈特有句著名的論斷：“如果一個理論能提供所有可能的結(jié)果，那么任何實驗都不能排除這個理論。”

與之類似，著名宇宙學(xué)家、科普作家卡爾·薩根有一個“車庫里的噴火龍”的段子：有人跟你說你家車庫里有只噴火龍，但是它既看不見，也摸不著，用各種物理探測方法都無法檢測得到，也對環(huán)境沒有任何影響，它是一個永遠無法推翻的命題。

科學(xué)哲學(xué)家波普爾曾經(jīng)提出過一個非常重要的問題，也是現(xiàn)在科學(xué)界公認(rèn)的一條黃金定律——一個學(xué)說只有具備可證偽性才應(yīng)該被肯定。

難道多宇宙理論注定是一只無法被檢測到的“噴火龍”嗎？

喂，你家車庫有條噴火龍?。▓D片來源：google）