?更新時間：2011-12-24

    第三層次：量子平行世界

    第一層和第二層多重宇宙預(yù)示的平行世界相隔如此之遙遠(yuǎn)，超出了天文學(xué)家企及的范圍。但下一層多重宇宙卻就在你我身邊。它直接源于著名的、備受爭議的量子力學(xué)解釋－－任何隨機量子過程都導(dǎo)致宇宙分裂成多個，每種可能性一個。

    量子平行宇宙。當(dāng)你擲骰子，它看起會隨機得到一個特定的結(jié)果。然而量子力學(xué)指出，那一瞬間

    你實際上擲出了每一個狀態(tài)，骰子在不同的宇宙中停在不同的點數(shù)。其中一個宇宙里，你擲出了1，另一個宇宙里你擲出了2……。然而我們僅能看到全部真實的一小部分－－其中一個宇宙。

    20世紀(jì)早些年，量子力學(xué)理論在解釋原子層面現(xiàn)象方面的成功掀起了物理學(xué)革命。在原子領(lǐng)域下，物質(zhì)運動不再遵守經(jīng)典的牛頓力學(xué)規(guī)律。在量子理論解釋它們?nèi)〉貌毮砍晒Φ耐瑫r卻引發(fā)了爆炸性激烈的爭論。它到底意味著什么？量子理論指出宇宙并不像經(jīng)典理論描述的那樣，決定宇宙狀態(tài)的是所有粒子的位置和速度，而是一種叫作波函數(shù)的數(shù)學(xué)對象。根據(jù)薛定鄂方程，該狀態(tài)按照數(shù)學(xué)家稱之為“統(tǒng)一性”的方式隨時間演化，意味著波函數(shù)在一個被稱為“希爾伯特空間”的無窮維度空間中演化。盡管多數(shù)時候量子力學(xué)被描述成隨機和不確定，波函數(shù)本身的演化方式卻是完全確定，沒有絲毫隨機性可言的。

    關(guān)鍵問題是如何將波函數(shù)與我們觀測到的東西聯(lián)系起來。許多合理的波函數(shù)都導(dǎo)致看似荒謬不合邏輯的狀態(tài)，比如那只在所謂的量子疊加下同時處于死和活兩種狀態(tài)的貓。為了解釋這種怪異情形，在20實際20年代，物理學(xué)家們做了一種假設(shè)：當(dāng)有人試圖觀察時，波函數(shù)立即“坍塌”成經(jīng)典理論中的某種確定狀態(tài)。這個附加假設(shè)能夠解決觀測發(fā)現(xiàn)的問題，然而卻把原本優(yōu)雅和諧統(tǒng)一的理論變得七拼八湊，失去統(tǒng)一性。隨機性的本質(zhì)通常歸咎于量子力學(xué)本身就是這些不順眼假設(shè)的結(jié)果。

    許多年過去了，物理學(xué)家們逐漸拋棄了這種假設(shè)，轉(zhuǎn)而開始接受普林斯頓大學(xué)畢業(yè)生hugheverett在1957年提出的一種觀點。他指出“波函數(shù)坍塌”的假設(shè)完全是多余的。純粹的量子理論實際上并不產(chǎn)生任何矛盾。它預(yù)示著這樣一種情形：一個現(xiàn)實狀態(tài)會逐漸分裂成許多重疊的現(xiàn)實狀態(tài)，觀測者在分裂過程中的主觀體驗僅僅是經(jīng)歷完成了一個可能性恰好等于以前“波函數(shù)坍塌假設(shè)結(jié)果”的輕微的隨機事件。這種重疊的傳統(tǒng)世界就是第三層多重宇宙。

    四十多年來，物理界為是否接受everett的平行世界猶豫不決，數(shù)度反復(fù)。但如果我們將之區(qū)分成不同視點分別來看待，就會更容易理解。研究它數(shù)學(xué)方程的物理學(xué)家們站在外部的視點，好像飛在空中的鳥審視地面；而生活在方程所描述世界里的觀測者則站在內(nèi)部的視點，就好比被鳥俯瞰的一只青蛙。

    在鳥看來，整個第三層多重宇宙非常簡單。只用一個平滑演化的、確定的波函數(shù)就能就能描繪它而不引發(fā)任何分裂或平行。被這個演化的波函數(shù)描繪的抽象量子世界內(nèi)部卻包含了大量平行的經(jīng)典世界。它們一刻不停的分裂、合并，如同經(jīng)典理論無法描述的一堆量子現(xiàn)象。在青蛙看來，觀察者感知的只有全部真相的一小部分。它們能觀測到自己所在那個第一層宇宙，但是一種模仿波函數(shù)坍塌效果而又保留統(tǒng)一性、被稱為“去相干”的作用卻阻礙他們觀測到與之平行的其他宇宙。

    每當(dāng)觀測者被問及一個問題、做一個決定或是回答一個問題，他大腦里的量子作用就導(dǎo)致復(fù)合的結(jié)果，諸如“繼續(xù)讀這篇文章”和“放棄閱讀本文”。在鳥看來，“作出決定”這個行為導(dǎo)致該人分裂成兩個，一個繼續(xù)讀文章而另一個做別的去了。而在青蛙看來，該人的兩個分身都沒有意識到彼此的存在，它們對剛才分裂的感知僅僅是經(jīng)歷了個輕微的隨機事件。他們只知道“自己”做了什么決定，而不知道同時還有一個“他”做了不同的決定。

    盡管聽起來很奇怪，這種事情同樣發(fā)生在前面講過的第一層多重宇宙中。顯然，你剛作出了“繼續(xù)閱讀本文”的決定，然而在很遠(yuǎn)很遠(yuǎn)的另一個銀河系中的另一個你在讀過第一段之后就放下了雜志。第一層宇宙和第三層宇宙唯一的區(qū)別就是“另一個你”身處何處。第一層宇宙中，他位于距你很遠(yuǎn)之處－－通常維度空間概念上的“遠(yuǎn)”。第三層宇宙中，你的分身住在另一個量子分支中，被一個維度無限的希爾伯特空間分隔開來。

    第三層多重宇宙的存在基于一個至關(guān)重要的假設(shè)：波函數(shù)隨時間演化的統(tǒng)一。所幸迄今為止的實驗都不曾與統(tǒng)一性假設(shè)背離。在過去幾十年里我們在各種更大的系統(tǒng)中證實了統(tǒng)一性的存在：包括碳-60布基球和長達(dá)數(shù)公里的光纖中。理論反面，統(tǒng)一性也被“去相干”作用的發(fā)現(xiàn)所支持?！緎ee"100yearsofquantummysteries,"bymaxtegmarkandjohnarchibaldheeler;scientificamerican,february2001】只有一些量子引力方面的理論物理學(xué)家對統(tǒng)一性提出置疑，其中一個觀點是蒸發(fā)中的黑洞有可能破壞統(tǒng)一性，應(yīng)該是個非統(tǒng)一性過程。但最近一項被叫做“ads/cft一致”的弦理論方面的研究成果暗示：量子引力領(lǐng)域也具有統(tǒng)一性，黑洞并不抹消信息，而是把它們傳送到了別處。

    如果物理學(xué)是統(tǒng)一的，那么大爆炸早期量子波動是如何運作的那幅標(biāo)準(zhǔn)圖畫將不得不改寫。它們并非隨機產(chǎn)生某個初始條件，而是產(chǎn)生重疊在一起的所有可能的初始條件，同時存在。然后，“去相干”作用保證它們在各自的量子分支里像傳統(tǒng)理論那樣演化下去。這就是關(guān)鍵之處：一個哈勃體積內(nèi)不同量子分支（即第三層多重宇宙）演化出的分布結(jié)果與不同哈勃體積內(nèi)同一個量子分支（即第一層多重宇宙）演化出的分布結(jié)果是毫無區(qū)別的。量子波動的該性質(zhì)在統(tǒng)計力學(xué)中被稱為“遍歷性”。

    同樣的原理也可以適用在第二層多重宇宙。破壞對稱性的過程并不只產(chǎn)生一個獨一無二的結(jié)果，而是所有可能結(jié)果的疊加。這些結(jié)果之后按自己的方向發(fā)展。因此如果在第三層多重宇宙的量子分支中物理常數(shù)、時空維度等各不相同的話，那些第二層平行宇宙同樣也將各不相同。

    換句話說，第三層多重宇宙并沒有在第一層和第二層上增加任何新東西，只是它們更加難以區(qū)分的復(fù)制品罷了－－同樣的老故事在不同量子分支的平行宇宙間一遍遍上演。對everett理論一度激烈的懷疑便在大家發(fā)現(xiàn)它和其他爭議較少的理論實質(zhì)相同之后銷聲匿跡了。

    毫無疑問，這種聯(lián)系是相當(dāng)深層次的，物理學(xué)家們的研究也才處于剛剛起步階段。例如，考察那個長久以來的問題：隨著時間流逝，宇宙的數(shù)目會以指數(shù)方式暴漲嗎？答案是令人驚訝的“不”。在鳥看來，全部世界就是由單個波函數(shù)描述的東西；在青蛙看來，宇宙?zhèn)€數(shù)不會超過特定時刻所有可區(qū)別狀態(tài)的總數(shù)－－也即是包含不同狀態(tài)的哈勃體積的總數(shù)。諸如行星運動到新位置、和某人結(jié)婚或是別的什么，這些都是新狀態(tài)。在10^8開溫度以下，這些量子狀態(tài)的總數(shù)大約是10^(10^118)個，即最多這么多個平行宇宙。這是個龐大的數(shù)目，卻很有限。

    從青蛙的視點看，波函數(shù)的演化相當(dāng)于從這10^(10^118)個宇宙中的一個跳到另一個。現(xiàn)在你正處在宇宙a－－此時此刻你正在讀這句話的宇宙里?，F(xiàn)在你跳到宇宙b－－你正在閱讀另一句話那個宇宙里。宇宙b存在一個與宇宙a一摸一樣的觀測者，僅多了幾秒中額外記憶。全部可能狀態(tài)存在于每一個瞬間。因此“時間流逝”很可能就是這些狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過程－－最初在gregegan在1994所著的科幻[permutationcity]中提出的想法，而后被牛津大學(xué)的物理學(xué)家daviddeutsch和自由物理學(xué)家julianbarbour等人發(fā)展開來。