科普丨量子科學(xué)帶來的“腦洞”：我們能否前往“平行宇宙”？
更新時(shí)間：2025/12/23 15:10:31 來源：新華社
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2025年是量子力學(xué)誕生100周年，也是聯(lián)合國(guó)確定的“國(guó)際量子科學(xué)與技術(shù)年”。一個(gè)世紀(jì)以來，量子科學(xué)不僅顛覆了人類對(duì)客觀世界的根本認(rèn)知，更成為科幻作品取之不盡的靈感富礦。
一些科幻作品推出了“平行宇宙”的設(shè)定。事實(shí)上，這并非天馬行空的杜撰概念，而是一個(gè)在量子物理學(xué)界長(zhǎng)期激辯的嚴(yán)肅話題。
是優(yōu)雅的理論，還是奇幻的假設(shè)？盡管量子力學(xué)“多世界詮釋”理論尚無定論，但也許當(dāng)我們開始思考“另一個(gè)我”時(shí)，就已經(jīng)邁出了探索量子世界哲學(xué)內(nèi)涵的第一步。
從“測(cè)量問題”到“多重世界”
上世紀(jì)50年代，美國(guó)物理學(xué)家休·埃弗里特提出了這一顛覆性的理論，試圖解決一個(gè)長(zhǎng)期困擾量子物理學(xué)家的概念——“測(cè)量問題”。
在微觀層面，電子等量子系統(tǒng)可以同時(shí)處于兩種狀態(tài)（疊加態(tài)），直到被觀測(cè)的一瞬間才會(huì)“坍縮”成一種確定狀態(tài)。這一現(xiàn)象的傳統(tǒng)解釋是“哥本哈根詮釋”，即未被觀測(cè)到的電子處于一種模糊的量子態(tài)，這種狀態(tài)僅由概率描述；直到測(cè)量發(fā)生時(shí)，電子的狀態(tài)才最終確定為其中一種。
但埃弗里特提出了一個(gè)更大膽的假設(shè)：電子實(shí)際上同時(shí)存在于兩種狀態(tài)中，觀察者只能看到其中一種狀態(tài)——宇宙在觀測(cè)的那一刻“分叉”了。宇宙中所有粒子的無數(shù)量子態(tài)創(chuàng)造了無限多個(gè)宇宙，因此存在著“多重世界”。
最“優(yōu)雅”的解釋？
雖然聽起來像天方夜譚，但“多世界詮釋”在學(xué)術(shù)界擁有一批堅(jiān)定的擁躉。曾擔(dān)任科幻電影科學(xué)顧問的理論物理學(xué)家、美國(guó)約翰斯·霍普金斯大學(xué)教授肖恩·卡羅爾認(rèn)為，這是目前對(duì)量子力學(xué)“最優(yōu)雅、最簡(jiǎn)單”的解釋，因?yàn)樗恍枰腩~外的“坍縮”規(guī)則，且完美契合數(shù)學(xué)公式。
一些研究者認(rèn)為不同“世界”（量子分支）之間可能發(fā)生相互作用。英國(guó)牛津大學(xué)物理學(xué)家戴維·多伊奇甚至認(rèn)為，量子計(jì)算機(jī)之所以擁有超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)的算力，正是因?yàn)樗鼈兡軌蛴行У卦诙鄠�(gè)宇宙中并行執(zhí)行常規(guī)計(jì)算。
然而質(zhì)疑聲從未停止。諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主、英國(guó)科學(xué)家羅杰·彭羅斯就曾明確表示“我們應(yīng)該放棄多世界理論”。美國(guó)路易斯安那州立大學(xué)巴吞魯日分校的理論物理學(xué)家若熱·普林認(rèn)為，這一理論面臨一個(gè)致命的邏輯硬傷：如果這些“多世界”之間無法相互作用，那意味著該理論既無法被證實(shí)，也無法被證偽。
為了紀(jì)念量子力學(xué)誕生百年，英國(guó)《自然》雜志今年早些時(shí)候開展的一項(xiàng)大規(guī)模調(diào)查顯示，“多世界詮釋”目前是第三受歡迎的理論，而“哥本哈根詮釋”則排行第一。
“而這些理論之所以被稱為‘詮釋’，是因?yàn)樗鼈兡壳叭酝Ａ粼谡軐W(xué)層面，本身并不提出對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的不同的預(yù)測(cè)。我認(rèn)為，21世紀(jì)物理學(xué)的最大課題之一，就在于發(fā)現(xiàn)能夠超出現(xiàn)有的量子測(cè)量理論框架的新物理現(xiàn)象�！泵绹�(guó)加州理工學(xué)院物理學(xué)家陳雁北教授對(duì)新華社記者說。
怎樣抵達(dá)“平行宇宙”？
如果平行宇宙真的存在，又會(huì)是怎樣的？
“現(xiàn)實(shí)中的平行宇宙可能相當(dāng)無聊�！笨_爾在接受《自然》采訪時(shí)解釋說，因?yàn)槊總�(gè)宇宙的差異僅僅在于一些亞原子粒子，它們擁有相同的物理定律和相同的人類，彼此之間并沒有那么巨大的差異。
也就是說，平行世界多半看起來會(huì)與我們的世界驚人相似——也許在那個(gè)世界里，你吃的早餐是油條而不是花卷，但物理定律和人類社會(huì)依然照舊。
在科幻影視中，現(xiàn)實(shí)世界的人物可以通過“傳送門”進(jìn)入平行宇宙，而且大多數(shù)能幾乎毫發(fā)無損地回來。但科學(xué)界普遍認(rèn)為，物理定律會(huì)阻止我們宇宙中的任何人前往“平行宇宙”，不同宇宙之間的“物理隔離”是絕對(duì)的。
卡羅爾認(rèn)為，就“多世界詮釋”而言，一個(gè)世界發(fā)生的事情幾乎不可能對(duì)另一個(gè)世界產(chǎn)生任何影響——更何況是一個(gè)人來回“串門”。
盡管不少科幻作品為劇情而“魔改”了物理定律，但科學(xué)家們普遍對(duì)此持寬容態(tài)度。專家指出，這些作品雖然不是教科書，但它們成功地將深?yuàn)W的量子力學(xué)概念植入大眾文化，激發(fā)著人們對(duì)科學(xué)探索的熱情。在某種意義上，這也許是我們前往“另一個(gè)世界”的途徑。
記者郭爽
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一些科幻作品推出了“平行宇宙”的設(shè)定。事實(shí)上，這并非天馬行空的杜撰概念，而是一個(gè)在量子物理學(xué)界長(zhǎng)期激辯的嚴(yán)肅話題。
是優(yōu)雅的理論，還是奇幻的假設(shè)？盡管量子力學(xué)“多世界詮釋”理論尚無定論，但也許當(dāng)我們開始思考“另一個(gè)我”時(shí)，就已經(jīng)邁出了探索量子世界哲學(xué)內(nèi)涵的第一步。
從“測(cè)量問題”到“多重世界”
上世紀(jì)50年代，美國(guó)物理學(xué)家休·埃弗里特提出了這一顛覆性的理論，試圖解決一個(gè)長(zhǎng)期困擾量子物理學(xué)家的概念——“測(cè)量問題”。
在微觀層面，電子等量子系統(tǒng)可以同時(shí)處于兩種狀態(tài)（疊加態(tài)），直到被觀測(cè)的一瞬間才會(huì)“坍縮”成一種確定狀態(tài)。這一現(xiàn)象的傳統(tǒng)解釋是“哥本哈根詮釋”，即未被觀測(cè)到的電子處于一種模糊的量子態(tài)，這種狀態(tài)僅由概率描述；直到測(cè)量發(fā)生時(shí)，電子的狀態(tài)才最終確定為其中一種。
但埃弗里特提出了一個(gè)更大膽的假設(shè)：電子實(shí)際上同時(shí)存在于兩種狀態(tài)中，觀察者只能看到其中一種狀態(tài)——宇宙在觀測(cè)的那一刻“分叉”了。宇宙中所有粒子的無數(shù)量子態(tài)創(chuàng)造了無限多個(gè)宇宙，因此存在著“多重世界”。
最“優(yōu)雅”的解釋？
雖然聽起來像天方夜譚，但“多世界詮釋”在學(xué)術(shù)界擁有一批堅(jiān)定的擁躉。曾擔(dān)任科幻電影科學(xué)顧問的理論物理學(xué)家、美國(guó)約翰斯·霍普金斯大學(xué)教授肖恩·卡羅爾認(rèn)為，這是目前對(duì)量子力學(xué)“最優(yōu)雅、最簡(jiǎn)單”的解釋，因?yàn)樗恍枰腩~外的“坍縮”規(guī)則，且完美契合數(shù)學(xué)公式。
一些研究者認(rèn)為不同“世界”（量子分支）之間可能發(fā)生相互作用。英國(guó)牛津大學(xué)物理學(xué)家戴維·多伊奇甚至認(rèn)為，量子計(jì)算機(jī)之所以擁有超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)的算力，正是因?yàn)樗鼈兡軌蛴行У卦诙鄠�(gè)宇宙中并行執(zhí)行常規(guī)計(jì)算。
然而質(zhì)疑聲從未停止。諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主、英國(guó)科學(xué)家羅杰·彭羅斯就曾明確表示“我們應(yīng)該放棄多世界理論”。美國(guó)路易斯安那州立大學(xué)巴吞魯日分校的理論物理學(xué)家若熱·普林認(rèn)為，這一理論面臨一個(gè)致命的邏輯硬傷：如果這些“多世界”之間無法相互作用，那意味著該理論既無法被證實(shí)，也無法被證偽。
為了紀(jì)念量子力學(xué)誕生百年，英國(guó)《自然》雜志今年早些時(shí)候開展的一項(xiàng)大規(guī)模調(diào)查顯示，“多世界詮釋”目前是第三受歡迎的理論，而“哥本哈根詮釋”則排行第一。
“而這些理論之所以被稱為‘詮釋’，是因?yàn)樗鼈兡壳叭酝Ａ粼谡軐W(xué)層面，本身并不提出對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的不同的預(yù)測(cè)。我認(rèn)為，21世紀(jì)物理學(xué)的最大課題之一，就在于發(fā)現(xiàn)能夠超出現(xiàn)有的量子測(cè)量理論框架的新物理現(xiàn)象�！泵绹�(guó)加州理工學(xué)院物理學(xué)家陳雁北教授對(duì)新華社記者說。
怎樣抵達(dá)“平行宇宙”？
如果平行宇宙真的存在，又會(huì)是怎樣的？
“現(xiàn)實(shí)中的平行宇宙可能相當(dāng)無聊�！笨_爾在接受《自然》采訪時(shí)解釋說，因?yàn)槊總�(gè)宇宙的差異僅僅在于一些亞原子粒子，它們擁有相同的物理定律和相同的人類，彼此之間并沒有那么巨大的差異。
也就是說，平行世界多半看起來會(huì)與我們的世界驚人相似——也許在那個(gè)世界里，你吃的早餐是油條而不是花卷，但物理定律和人類社會(huì)依然照舊。
在科幻影視中，現(xiàn)實(shí)世界的人物可以通過“傳送門”進(jìn)入平行宇宙，而且大多數(shù)能幾乎毫發(fā)無損地回來。但科學(xué)界普遍認(rèn)為，物理定律會(huì)阻止我們宇宙中的任何人前往“平行宇宙”，不同宇宙之間的“物理隔離”是絕對(duì)的。
卡羅爾認(rèn)為，就“多世界詮釋”而言，一個(gè)世界發(fā)生的事情幾乎不可能對(duì)另一個(gè)世界產(chǎn)生任何影響——更何況是一個(gè)人來回“串門”。
盡管不少科幻作品為劇情而“魔改”了物理定律，但科學(xué)家們普遍對(duì)此持寬容態(tài)度。專家指出，這些作品雖然不是教科書，但它們成功地將深?yuàn)W的量子力學(xué)概念植入大眾文化，激發(fā)著人們對(duì)科學(xué)探索的熱情。在某種意義上，這也許是我們前往“另一個(gè)世界”的途徑。
記者郭爽
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