如何到达平行宇宙?

作者:黄韦杰来源:蝌蚪五线谱发布时间:2020-03-16

如今,随着量子力学的不断完善和发展,人类对其应用也在不断扩大,量子隐态传输将为人类密码学和通讯技术带来极大贡献;10年之内,量子计算机也有望出现,这将对传统计算机的能耗和计算速度实现革命性的突破;在不久的将来,人类到达平行宇宙遨游太空或许早已不是一件新鲜事。
薛定谔打开盒子的一瞬间,你已经不再是你自己。

“平行宇宙”这一概念经常在各类科幻电影中出现,如《终结者》系列电影中总是有着一个“天网”在追杀“John”,虽然在某一个世界中,“天网”已经不复存在,但是在其他“平行宇宙”中却存在着许许多多个“天网”与“John”。人们在享受着这些脑洞大开的视觉盛宴的同时,却很少去了解“平行宇宙”这一概念的来源和它的深刻含义,读了本文,你将在多元的平行宇宙中自由漫步。


何为“平行宇宙”?

平行宇宙,顾名思义,是指多个既不相交也不重合但条件很相似的宇宙,这些相互“平行”着的宇宙各自独立地发生不同的演化。“平行宇宙”这一概念在20世纪50年代被正式提出,这正处于“机械宇宙论者”与“量子世界论者”争锋相对的时代,近现代众多著名的理论正是在这一时期“井喷式”地涌现。


经典物理学的一座屏障

在19世纪末期,人们还沉浸在被奉为“上帝学说”的牛顿经典力学的时代,但是,随着人们对微观领域的不断深入,部分前沿科学家发现牛顿经典力学对描述微观世界的运动有很大的误差,此时,一个新的物理学革命正在悄然降临。
20世纪初期,普朗克对黑体辐射进行了深入研究,提出了“能量子”的假说,他将能量量子化,打开了量子力学的大门。但是,这一理论的提出在当时并没有直接引爆量子力学的发展,人们还是在“牛顿经典力学”的时代里徘徊不前。终于,在1905年,爱因斯坦提出了“光量子假说”并成功推导出“爱因斯坦光电效应方程”,这一理论完美地诠释了经典力学无法解释的光电效应,爱因斯坦也因此获得“诺贝尔物理学奖”。一个新的时代到来了!
 

光电效应 图自水印

光电效应 图自水印

现代物理学的黎明
爱因斯坦“光量子假说”的提出逐渐激发了人们对微观世界的研究,1906年卢瑟福通过α粒子散射实验提出了“原子行星模型”,但是这一理论无法解释电子发射出电磁辐射,却不会损失能量坍缩到原子核里的现象。
在1909 年,杰弗里·泰勒爵士做的单光子双缝实验为量子力学带来了突破性的进展,他将射出的光线的强度大大降低,以至于每次只有一个光子被发射出来。一开始,他观察到光子通过双缝打在屏幕上只是一个一个零乱分布的点,但是一段时间后,屏幕上竟然出现一条一条清晰的干涉条纹,这似乎说明了光子之间可以互相影响。但是当他在屏幕与发射器之间观察光子的路径时却发现每个光子的路径都是不确定的。这一发现让西方物理界一片哗然,人们迅速对微观粒子展开了大量研究。

单光子双缝干涉实验 图自水印

单光子双缝干涉实验 图自水印

后来,1913年玻尔又提出了新的原子结构模型,即“玻尔原子模型”,这一模型将原子引入了量子观念,但它只能解释氢原子结构,不能解释所有的原子结构。于是,在1924年,德布罗意提出了实物粒子也是一种波的理论,并推导出了波长公式,薛定谔在随后的1926年根据德布罗意的想法通过计算得到了有关波函数的“薛定谔方程”,他相信电子是一种波并把他的方程解释为电荷的密度。但是,发明了矩阵力学的海森堡却认为是由于测量过程对微观粒子行为的“干扰”,而这一测量的过程导致了“波函数的坍缩”,支持这一观点的物理学派被称为“哥本哈根派”。

薛定谔为了反对哥本哈根派的理论,就做了一个如今家喻户晓的“思想实验”——薛定谔的猫,将一只猫放在一个盒子里,盒子里有少量放射性物质和一个装有氰化物的毒气瓶。这个放射性物质有50%的概率发生衰变并释放出毒气杀死这只猫,同时有50%的概率放射性物质不会衰变,猫也会因此活下来。薛定谔认为,按照量子力学的理论,如果没有人打开盒子,猫就处于既死又活的叠加态!当有人打开盒子的一瞬间,就会立即发生波函数坍缩,结束了猫即死又活的叠加态,“人”的观察竟然可以决定猫的生死,这在常人看来是多么的荒谬。
后来,量子力学的拥护者为了抨击薛定谔的观点,终于在1957年有一个叫休·埃弗莱特的人提出了“多世界理论”,他认为这世上并没有发生什么“波函数坍缩”,也不是光子处于叠加态,而是两个不同的世界处于叠加态,在打开盒子的一瞬间立即“裂开”,分成两个独立而平行的世界,这就是“平行宇宙”。


如何达到平行宇宙?

休·埃弗莱特“平行宇宙”理论的提出立即引起了轩然大波,虽然这一观点简化了基本理论,但是当时的人们对这一疯狂的理论很难接受。正如薛定谔的猫一样,当没有人打开盒子,两个平行宇宙处于叠加态,当有人打开盒子的一瞬间,世界竟然能会“分裂”开来。另外,休·埃弗莱特还指出,不管有多少个平行宇宙,这些世界都只是一个更高维度的宇宙在不同“方向”上的投影,而这个宇宙中包含了所有的可能性的集合。

直至今天,仍然没有人能完全证明“平行宇宙”的存在,但是,根据量子力学的理论,“平行宇宙”却是一件很自然的事情,人们根据现有的科学体系,推测出暗物质和宇宙微波辐射的异常现象可能与平行宇宙息息相关,因此,我们有理由相信,平行宇宙是真实存在的。
不论时在科幻小说或电影,还是现实生活中,很多人都希望这个世上有“后悔药”吃,他们想着改变过去,挽救损失。这一想法看起来似乎是天方夜谭,但是我们在平行宇宙中却可以做到。想象一下,假设只有你一个人去买一期彩票,这些彩票共有1万张,但是只有一张能够中奖,并且你也只有一次机会购买,在你所在的世界中,你买的那张彩票没有中奖,这是多么可惜。不过,幸运的是,根据量子力学的平行宇宙理论,在你购买的彩票刮出那组数字之前,有一万个世界是叠加的,在你刮出那组数字时,迅速变成一万个平行宇宙,不管发生什么,在这一万个平行世界中总有一个世界是你中了大奖的,只是你没有处在那个世界而已。所以,假设我们能通过某种技术,到达那个中了大奖的“平行世界”,与那个世界中的“你”交换位置,岂不美哉?


这听起来似乎不太现实,但是根据现有的理论,我们仍然可以得出到达平行宇宙的方案。

虫洞是连接平行宇宙的通道。

图自科普中国网

图自科普中国网

虫洞是物理学家路德维希·弗莱姆在1916年首次提出的概念。它是宇宙中最奇特的天体之一,目前,人们对虫洞的理解尚存在较大的争议,其中一种理论是——虫洞是连结两个遥远时空的多维空间隧道。简单点讲,一张纸上有两个相距较远的点,一个物体从一个点以相同的运动速度直接从纸面上沿直线到达另一个点时间一定远大于将纸对“越过”纸面到达另一个点的时间。而这个物体越过的空间通道就是“虫洞”,只不过比宇宙中的虫洞低一个维度而已。因此,虫洞也可能是连接平行宇宙的一个通道,我们可以利用它进入平行宇宙。但是,根据相对论和量子力学理论,虫洞的引力十分强大,并且是需要负能量来维持的,人类可能根本无法进入。目前,虫洞只是科学家的一个猜想,没有任何观测到它真实存在的痕迹,但是,未来这一理论一定会实现突破,我们也会有机会通过虫洞到达平行宇宙。


利用量子纠缠,向平行宇宙传输信息
或许在当今利用虫洞时空旅行到达平行宇宙离我们太过遥远,但是,不要太过失望,我们可以利用量子纠缠向平行宇宙传输信息。量子纠缠是量子力学中最重要的现象之一,它似乎具有着能违背爱因斯坦狭义相对论的超距作用,即同一来源的两个粒子即使相距很远,其中一个粒子的状态改变,另一个粒子的状态也会在同一时刻发生改变。量子纠缠现象最早在2017年6月16日被中国量子科学实验卫星“墨子号”证实,“墨子号”发现:两个量子纠缠光子即使相距超过1200公里的距离仍可继续保持其量子纠缠的状态。这一成功证实是量子力学发展的一个重要的里程碑,或许可以帮助我们更好的理解平行宇宙,向平行宇宙中的“我们”传输信息。
根据休·埃弗莱特的理论,人类观察到光子穿越双缝的一瞬间,叠加的世界立即“分裂”变成两个平行宇宙,并且这两个世界恰好是一个更高维度世界的投影,也就是说,两个平行宇宙的光子是同一来源!既然是同一来源,那么一定会发生量子纠缠现象,发生了量子纠缠现象,我们就可以向“他们”传输信息!量子纠缠中,两个电子的自旋方向是完全相反的,因此我们可以利用“二进制”,将电子自旋为上旋记为“0”,将电子自旋方向为下旋的记为“1”,如果我们未来有某种手段能控制电子的自旋方向,并将大量电子整齐有序的排布,那么我们完全可以向平行宇宙传输信息。
如今,随着量子力学的不断完善和发展,人类对其应用也在不断扩大,量子隐态传输将为人类密码学和通讯技术带来极大贡献;10年之内,量子计算机也有望出现,这将对传统计算机的能耗和计算速度实现革命性的突破;在不久的将来,人类到达平行宇宙遨游太空或许早已不是一件新鲜事。



原标题:如何到达平行宇宙?

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