量子力学、薛定谔的猫与平行宇宙

　　作者张庆东
　　【摘要】平行宇宙已成为当今物理学的热点，被炒得沸沸扬扬。按照平行宇宙理论，在平行宇宙里还生活着跟你一模一样的另一个你。这让人充满神奇和幻想。人们梦想有一天能与平行宇宙里的自己相识、相伴。那将是一种什么感受。既然平行宇宙里还有另一个自己，人们也就不会感到孤独。也许是平行宇宙给人们带来了神奇和幻想，致使人们对平行宇宙即便感到很荒唐，也不愿去面对。针对平行宇宙理论存在诸多疑点，本文指出，平行宇宙理论我们可以保留这一假说的存在，但不宜大力炒作，防止因过度推广而带来的负面影响。
　　【关键词】平行宇宙；量子力学；薛定谔的猫实验
　　平行宇宙相信很多人并不陌生。人们普遍认为，它是较相对论和量子力学更为怪诞的理论。尽管这一理论充满离奇甚至荒唐，然而多数人们还是乐于接受。我们究竟应该如何看待这一理论，本人有不同的看法。
　　因为平行宇宙的理论基础是量子力学和薛定谔的猫实验，所以如果要谈及平行宇宙的概念，我们还必须先从量子力学和薛定谔的猫说起。
　　量子力学是上个世纪产生的物理学的重要分枝。它和相对论被称为物理学的两座理论大厦。在量子力学实验中，量子产生的一些诡异现象，比如量子的叠加态、纠缠态等，由于违背了人们的思维逻辑，所以至今人们无法理解。在光的双缝实验中，光显示通过双缝的多条明暗相间的干涉条纹，说明光呈现波的形式。在单电子双缝实验中，电子仍然显示通过双缝的干涉条纹，这让科学家迷惑不解，即然是单电子，一次只能穿过一条缝隙，不会出现干涉条纹，难道电子同时穿过两条缝隙，自己和自己发生了干涉。这完全违背了我们的逻辑思维。为了弄清电子到底是怎么穿过缝隙的，科学家准备了一台摄像机，再次进行实验（据说是思想实验），希望通过摄像记录窥探电子通过缝隙的真实面目。而实验结果让人大吃一惊，电子仅呈现两条不干涉的条纹，电子表现出粒子形式。这一诡异现象让科学家无法理解。它告诉我们，实验结果与人的意识有关。作为量子当你看它的时候，它以粒子形式存在，当你不看它的时候，它以波的形式存在。也就是说量子同时以波和粒两种叠加态形式存在。这就是量子的波粒二象性。
　　薛定谔的猫是为了说明量子带有同时具备几种叠加状态特性而建立的思想实验。实验把一只猫装进一个盒子里。盒子里同时放一个放射性原子，一个盛有毒气的毒气瓶。毒气瓶连接一个装置。当原子发生衰变会释放粒子，粒子会触动毒气瓶上的装置。装置就会击破毒气瓶，释放毒气杀死这只猫。原子是否发生衰变其概率为50。猫是死是活决定着原子是否衰变。原子衰变，猫必死无疑，原子不衰变，猫安然无恙。当我们不打开盒子，猫处于两种不确定状态，即或者死了，或者活着。也就是说此时盒子里的猫处于死猫和活猫两种叠加态。一旦我们打开盒子，这种叠加态就会坍缩成一种确定的状态，即猫要么是死，要么是活，不可能出现即死又活两种状态的猫。
　　平行宇宙就是在单电子双缝实验及薛定谔猫的思想实验的背景下产生的。我们总结了这一理论提出的理由有一下几点：其一，提出者认为宇宙世界都是由量子组成的。其二，提出者认为，薛定谔的猫说明宏观宇宙也具备微观量子同时性叠加态的诡异现象。其三，在单电子双缝实验中，电子同时穿过两个缝隙的现象是存在的，只是我们仅能看见电子穿过一个缝隙，电子穿过另一个缝隙的现象，可能存在于另一个宇宙中，这个宇宙和我们这个宇宙就像两个平行的宇宙，它们不会相交，但相互联系，相互干涉。它们本质上是同一个宇宙，它们是同一个宇宙的分身，却又是有着不同生存状态的两个宇宙。就像薛定谔的猫，肯定还有一个宇宙和我们组成两个平行宇宙，分别代表猫的两种叠加态，即活猫和死猫两种存在形式。
　　如果说我们的宇宙以外还存在其他宇宙，甚至说存在与我们是相似宇宙、类似宇宙、兄弟宇宙等我们都可以理解。因为一方面上帝即然能创造我们这个宇宙，为什么不能创造第二个和我们相似的宇宙呢？另方面，我们知道，生物体的生长是靠细胞的繁殖来完成的，而细胞的繁殖又是靠细胞的分裂来完成。一个细胞分裂为二个细胞，二个细胞分裂成四个细胞分裂后的二个细胞将成为相似细胞、类似细胞或兄弟细胞。不难想象我们的宇宙同样可以像细胞分裂那样，因为自然界的运动而分裂成多个部分，形成相似、类似或兄弟宇宙。但平行宇宙与我们提出的所谓相似、类似或兄弟宇宙并不相同，它们有着本质的区别。真正意义上的平行宇宙是指，它们虽然是两个宇宙，有着不同的运动状态，但从某种意义而言，它们其时是一个宇宙，它们存在绝对程度的相似性，甚至是一模一样的关系。它们其实就是一个宇宙的分身。就像薛定谔的猫，不管是死猫还是活猫，都是指同一个猫。平行宇宙就是来自同一只猫的死猫和活猫两种状态的两个宇宙。如此说来我们的平行宇宙里还存在另一个自己，那个自己其实就像是你的分身，你们甚至是一模一样的，只不过你们的生存状态不是一模一样而已。比如现在的你正跟朋友下棋，你输了，而平行宇宙里的你同样也在跟这位朋友下棋，你可能赢了。现在的你可能正在读报，而那里的你可能正在吃饭。现在的你可能是一家工厂的工人，那里的你可能是一所学校的教师。现在的你可能很富有，而那里的你可能很贫困
　　平行宇宙就是这样让人充满神奇和幻想，人们向往平行宇宙的存在，因为那样宇宙就可以有不止一个自己。自己就不会感到孤独。同时人们更想找到平行宇宙里的自己，体会多个自己在一起生活将是一种什么感受。我想这也许是人们普遍推崇平行宇宙论的一个原因吧。然而美好的向往未必能变为现实。本人认为：
　　其一，目前科学界公认的适应于宏观宇宙的相对论和适应于微观粒子的量子力学是两个不相融的理论。它们的规律完全不同。将两个理论统一起来一直是世界科学家奋斗的目标。相对论奠基者爱因斯坦一生对科学的主要贡献都是在40岁以前完成的，而40岁以后都是在研究将相对论和量子力学统一起来的宇宙大统一理论。然而遗憾的是直到他76岁离开人世也没有完成这一夙愿。多年至今将宏观宇宙论和微观量子论统一起来，一直成为困扰科学家的未解难题。而平行宇宙的提出者用微观量子的规律现象来推导出宏观宇宙的规律现象，显然有悖于二者之间目前公认的理论关系。
　　其二，薛定谔的猫虽然被称为是理想实验，但它必定是一种思想实验，并非真正意义上的实验。在这个实验中不难看出，我们不用打开盒子，盒子里的猫就早已坍缩成一种结果，即要么是死猫，要么是活猫，绝不会出现半死不活的叠加态猫。这是个连小学生都能明白的数学逻辑。所以薛定谔的猫并不能代表我们在现实宇宙中找到了量子力学诡异的叠加态现象。其实薛定谔的猫实验和著名的单电子双缝实验有着本质的区别。双缝实验是真正意义上的物理学实验，它真实反应了量子诡异的叠加态现象，只是至今没有找到原因而已。单电子双缝实验自1807年建立至今已历时100多年，其间必然经历无数人的反复验证，对量子怪异的波粒二象性迄今无人提出实验异议，说明量子这一特性有足够的实验依据，是另人确信无疑的。而薛定谔的猫实验充其量只能是对量子叠加态现象较为形象的比喻，并不能说明我们在宏观宇宙中真正找到了量子诡异的叠加态现象。
　　其三，一般我们认为，我们在课本上所学的代数式的理论推导是比较可靠的，而非代数式的理论推导往往又是不可靠的。这在中医针灸学的理论发展史上有过深刻的教训。在针灸耳针的发展上，人们从耳穴的分布规律首先发现耳部就像一个胎儿的形状。这时有学者推想，人体其他相对独立的部分是否也具有这种穴位的分布规律呢？比如人体手部、足部、眼部、鼻部等，它们的穴位分布是否也像耳一样形成一个胎形。学者们通过长时间的临床研究，始终找不到这种规律。后来研究者们终于发现他们错了，并证实，耳部存在穴位分布呈现胎形的现象，在人体其他部分并不能类同。最终研究者们放弃了这一研究，并深刻体会到他们犯了一个理论推导的错误。平行宇宙理论的提出者依据微观量子表现出来的现象就推导出宏观宇宙的规律，显然这种非代数式理论的推导并不是很可靠的。
　　其四，爱因斯坦说过，上帝不会掷骰子。我们认为，量子表现出的诡异现象，必然有其本质原因。在没有深入了解量子力学的今天，就提出让人费解，近乎荒唐的平行宇宙理论还为时尚早。也许有一天我们解开了量子诡异现象的神密面纱，才会发现平行宇宙是一种多么幼稚，多么不着边际的理论。
　　其五，平行宇宙理论的提出让人产生无限的遐想。比如有人会问：我们的宇宙之外到底存在多少个平行宇宙，平行宇宙里到底有多少个自我？现在我们就依照平行宇宙理论提出的思维推理具体探讨一下。在单电子双缝实验中，会产生两个平行宇宙（包括我们宇宙本身，其实只是产生一个新平行宇宙）。原因是电子只是穿过两条缝隙。但如果电子是穿过3条、4条或更多条缝隙，则将产生的平行宇宙数量就会是3个、4个或更多个。（这里涉及到一个问题，单电子通过两条缝隙产生干涉现象，那么通过3条、4条或更多条缝隙会不会同样产生互相干涉的现象呢？这是依照平行宇宙理论单电子通过多条缝隙同样能产生多个平行宇宙的基础。本人没有能力去做单电子的多缝实验，但我们可以通过理论推理证明单电子通过多缝同样能产生相互干涉现象。由单电子双缝实验可知，单电子在穿过多缝的任何两条缝隙均会产生干涉现象。即然单电子穿过任何两条缝隙均会产生干涉现象，那么单电子在通过所有多条缝隙必然也会产生它们相互干涉现象。比如单电子通过A、B、C三条缝隙，由双缝实验可知，单电子通过A、B会产生干涉，通过B、C也会产生干涉。即然电子通过A、C都会与通过B产生干涉，说明电子通过A、B、C三条缝隙同样都会产生相互干涉。单电子通过多缝同样会产生多缝相互干涉现象的结论，依照平行宇宙的理论推理，说明电子通过多缝同样会产生多个宇宙）。也就是说一件事情不单只能产生两个平行宇宙，它可以产生无数个平行宇宙。同样在薛定谔猫的实验中，在我们没打开盒子的时候，里面的猫其实也不只是存在活猫和死猫两种叠加态，猫的不同位置和不同姿势都可以代表猫的不同状态。而猫的这些不同状态是无数的，所以盒子里的猫不仅仅存在死猫和活猫两种叠加态，另外还存有不同位置和不同姿势所组成的无数个叠加态。也就是说，薛定谔的猫实验也可以产生无数个平行宇宙。再比如一个玩耍的孩子将一枚小球扔进一只筐子里。如果你亲眼目睹了这一过程，小球落进筐子的状况将是唯一的。但如果你没有目睹这一过程，那么小球落进筐里状态将存在无数个叠加态。首先小球落进筐子的路线将有无数条。其次小球落进筐子的位置将有无数个。再之，小球落进筐里后，到底是球面的哪个点与筐接触，将形成无数种可能。这些情况组成了小球投进筐里的无数种叠加态。它们又会形成无数个平行宇宙。这个例子也告诉我们，原来宇宙这么容易创造，一个孩子无意间就创造出无限个平行宇宙。真让人脑洞大开。其实本着平行宇宙提出者的逻辑思维，我们对于宇宙的每件事情总能找到足够的理由让它产生无数个平行宇宙。总之，我们的宇宙中每时每刻所发生的无数件事情又会产生无数个平行宇宙。新产生的平行宇宙中，每时每刻所发生的无数件事情又会产生无数个平行宇宙。以此类推。由此看出，平行宇宙的个数将随着宇宙时间的不断延续呈几何倍增式暴涨。因此由我们宇宙所衍生出来的平行宇宙的数量将会是无穷无尽的。假如我们不把平行宇宙考虑得那么复杂，每一个宇宙都像双缝实验那样只能产生两个平行宇宙（含自身），则平行宇宙的数量为2n（2的n次方）个。那么我们的宇宙自诞生一来至今已经产生了多少个平行宇宙？我们无法估计。但n伴随宇宙时间的延续，伴随宇宙个数的倍增，它的取值也在不断发生倍增。这样的计算结果，平行宇宙的数量将多得让人无法想象。平行宇宙这种数量上每时每刻都在发生的几何倍增现象，你认为现实中真会出现吗？
　　平行宇宙里也生活着另一个你自己，固然让你感到兴奋与好奇，但平行宇宙理论同样也会让你产生很多烦恼。比如，你去应聘一家你梦寐以求的公司。当然应聘的结果有两种：你被公司录用，你没被公司录用。假如这两种结果你不是通过应聘获得，而是让你去选择。你会选择哪种结果呢？不用说，因公司是你梦寐以求的，你当然会豪不犹豫地选择被公司录用。可平行宇宙理论告诉你，你选择哪种结果都是正确的。因为两种结果会在两个平行宇宙的两个你身上同样都发生。这个宇宙中你被录用了，那个宇宙中你注定没被录用。这个宇宙中你应聘失败了，而那个宇宙中你注定会应聘成功。你将在不同的宇宙中必然经历两种结果。也就是说，对于将要在两个宇宙中发生的两件事A和B，它们存在这样的关系：A和B只能分别发生在某一个宇宙中，不能全发生在同一个宇宙中；如果A在这个宇宙中发生，那么B必然在另一个宇宙中发生。如果A在另一个宇宙中发生，那么B必然在这个宇宙中发生。这种关系告诉我们，同样都是你自己将要发生的两件事，让其中一件事刻意在哪个宇宙中发生没有多大意义。平行宇宙理论颠覆了我们的世界观，使我们对事物的认识产生了消极思想。这样的理论指导你能接受吗？再比如，有人从楼上坠落，会发生两种结果：此人被摔死，此人没被摔死。当这个人侥幸没被摔死时，我们是不是可以告诉他说：“你虽已侥幸生存，但平行宇宙里的你同样从楼上跌落却被摔死了”。如果这个人没有侥幸生还，而是被摔死了，我们是不是又可以去安慰他的家人：“这个人虽然被摔死了，但平行宇宙里的他却侥幸生还了”。看来平行宇宙理论虽然能为我们带来许多美好的幻想，却也能为我们带来许多烦恼，有些甚至让人恐惧。平行宇宙理论为我们带来的诸多烦恼你将怎么看？
　　综上所述，平行宇宙理论让人不可思议。我们应该如何看待这一理论，我认为，一方面我们尊重每一位科学家提出的科学理论，考虑到理论提出的科学家或许具备超一般的逻辑想象能力，当然我们一般人是无法理解的。正像侠义相对论最初问世时，没有几个人能读懂。但现在我们也慢慢接受了。因此我们应该首先保留这一理论的存在。另一方面，由于理论存有好多疑点，不得不使我们要谨慎发展，防止因过度推广而带来的负面影响。我们的理论要面对的是世界上各个层次的人类，普通的人们由于对科学家的崇拜，更是出于好奇，就会十分重视平行宇宙，甚至信以为真。他们不清楚平行宇宙其实就是科学的一个假说。他们总喜欢把一些奇奇怪怪，现代科学无法解释的现象与平行宇宙相关联。比如人们似曾相识的梦境，有人提出可能是平行宇宙里真实发生的事情。又如我国科学家彭加木在罗布泊不明原因的失踪，竟有人指出可能是彭加木进入了平行宇宙世界。有人认为人死后其灵魂会在平行宇宙里获得重生。有人认为UFO和外星人并不是来自于我们宇宙，而是来自于我们的平行宇宙这是一种理论发展的怪现象，并在我国愈演愈烈而且被媒体拼命炒作。这可能会打乱人们正确认识世界的思维。作为一种理论不能正确引导人们的世界观。最后我只想说一句，别看人们如此炒作平行宇宙，但到后来会不会只是一场空欢喜呢？