阿尔伯特·爱因斯坦曾说过一句名言:“国际最不行了解的当地在于它是能够被了解的。”但现在,在国际是否能够被了解的、乃至国际是否是绝无仅有这两个问题上,咱们都还远未达到一致。根底物理学正面临着一场危机,这与两个经常被引证的盛行概念有关,multiverse和uglyverse这两个术语就很能阐明问题。

多元国际(multiverse)的支撑者建议或许存在有很多个其他国际,其间一些国际有着彻底不同的物理和空间维度;而你,我和其他的全部东西都或许在这些很多的国际中存在着很多的副本。“多元国际或许是物理学中最风险的概念,”南非国际学家乔治·埃利斯(George Ellis)说。

从科学的前期开端,人们一旦发现一个不太或许的偶尔,人们就会发作一种火急的感觉地去解说这种偶尔,去寻觅它背面躲藏的原因。举一个现代的比方:物理学规律好像被精心调整,以答应能够发现这些规律的智能生命存在——这一个偶尔的现象就很需求解说了。

跟着多元国际假定的呈现,这种情况发作了改动:尽管这不太或许是偶尔,但在组成多元国际的很多国际中,这种现象将存在于其间某个当地。假如这个偶尔现象好像有利于杂乱结构、生命或认识呈现的话,咱们乃至不应该惊奇于发现自己身处一个答应咱们存在的国际傍边。但这种“人择推理”反过来又意味着咱们无法猜测更多的任何事情。关于欧洲核子研讨中心的物理学家来说,寻觅新粒子并没有显着的辅导准则;在国际偶尔特点的背面,也没有什么根本规律能够被发现。

另一个应战则天壤之别,但相同风险:依据理论物理学家Sabine Hossenfelder的说法,现代物理学被其对“美”的成见引入歧途,发作了数学上十分高雅、但与任何试验无关的估测梦想,她以为物理学现已“迷失在数学中”。可是,物理学家所谓的“美”是结构和对称性,假如咱们不能再依靠这些概念,那么了解,和仅仅契合试验数据的定论之间的差异就会变得含糊。

这两项应战都有必定的道理。“为什么天然法则要关怀我以为美的东西?”Hossenfelder公正地问道,答案是:它们不需求关怀。当然,假如天然是归于经典力学范畴的话,它或许是杂乱的、紊乱的和不行了解的;但天然不是,天然是量子力学的。经典物理学是关于咱们日常日子的科学,其间的对象是可分离的单个东西,但量子力学是不同的,例如,你的轿车情况与你妻子衣服的色彩无关。但是在量子力学中,从前存在因果联络的事物会保持着相关性,爱因斯坦将其描绘为“远距离的鬼魂行为”,这种相关构成了结构,结构便是美。

相反,多元国际的假定好像难以否定,量子力学也好像特别钟情于它。透过两个狭缝向屏幕发射单个电子,屏幕后边的检测器上会发作干与图样,在每种情况下,电子好像每次都穿过两个狭缝。

量子物理学是核爆炸、智能手机和粒子磕碰背面的科学——它以其古怪而臭名远扬,比方薛定谔的猫存在于半死半活的边际地带。在量子力学中,不同的实际(如“这儿的粒子”和“那里的粒子”或“活着的猫”和“死去的猫”)能够像湖面上的波涛相同彼此叠加。粒子能够处于“一半在这儿,一半在那里”的“叠加”状况,而关于粒子或波来说,这种状况会发作干与图样。

量子力学开端是用来描绘微观国际的,但近年来,量子力学被证明能够用于解说越来越大的物体(假如这些物体与其周围环境的阻隔程度足够高的话)。但是不知道为什么,咱们在日常日子中好像不能体验到太多这种量子古怪现象,例如没人见过不死猫,还有只需你丈量一个粒子的方位,你就会得到一个清晰的成果。

一个简略的解说假定以为一切的这些或许都逐个完成了,只不过是在不同的平行实际或“埃弗雷特分支”里——以休·埃弗雷特(Hugh Everett)的姓名命名,由于休·埃弗雷特初次提出了这一观念,即量子力学的“多国际解说”(many worlds interpretation)。埃弗雷特的多国际解说实际上是多元国际的一个比方,这种多元国际解说的比方还有别的三种,有两个没有那么风趣,由于其间一个并不是真实的多元国际,仅仅咱们国际中不同的区域,而另一个是依据高度投机的观念,即物质仅仅数学;剩余的最终一个多元国际理论便是“弦理论景象”,咱们稍后再回来说这个观念。

经过诉诸量子力学来证明物理之美,咱们好像献身了国际的共同性。但支撑这必定论的是浅薄的考虑,在这个问题上一般被疏忽的是:埃弗雷特的多元国际并不是根本的。正如南加州大学的哲学家大卫·华莱士所深信的那样,这些多元国际仅仅表面现象或“突现现象”。

要了解这一点,咱们需求了解量子丈量和“远距离鬼魂行为”背面的原理。爱因斯坦,鲍里斯·波多尔斯基和纳撒尼尔·罗森在1935年指出,这两种现象背面的原理被称为“量子羁绊”:在量子力学中,由加起来等于零的两个“羁绊”旋转体系组成的一个旋转体系,也能够由一对具有相反旋转方向的旋转体系叠加组成(但每个旋转的方向并不肯定确认)。这种羁绊是天然将部分整组成全体的方法;由于强相关全体体系的利益,组成成分的单个性质不复存在。

当一个量子体系被丈量或与它的环境耦合时,量子羁绊就起着至关重要的效果:量子体系、观察者和国际的其他部分就会彼此交织在一起。从观察者的视点来看,信息被涣散到不知道的环境中,一个被称为“Decoherence”的进程也就开端了,Decoherence是经典力学的前言:它描绘了量子体系与其周围环境彼此效果时量子特性的丢失。Decoherence的效果就像打开了量子物理平行实际之间的拉链,从观察者的视点看,国际和她自己好像“割裂”成独立的埃弗雷特分支。观察者能够观察到一只活猫或一只死猫,但在两者之间什么都没有。在她看来,国际是处于经典力学规模的,但从全体视点来看,国际依然处于量子力学规模内,而其真实这个观念中,就连整个国际也是一个量子物体。

这便是罗格斯大学(Rutgers University)哲学家乔纳森·谢弗(Jonathan Schaffer)所倡议的“量子一元论”。谢弗细心考虑了国际是由什么构成的这个问题。依据量子一元论,实际的根本层并不是由粒子或弦构成的,而是国际自身——国际自身并不是一个事物总和,而是一个羁绊的量子态。

物理学家和哲学家卡尔·弗里德里希·冯·魏茨泽克(Carl Friedrich von Weizsacker)早前也表达过相似的主意:仔细研讨量子力学就会预料到多元国际背面存在着一种共同的、单一的量子实际。而国际微波布景的均匀性和细小温度动摇也标明,咱们观测到的国际能够追溯到一种单一的量子态,这一般与引发国际原始胀大的量子场相一致。

此外,这必定论也适用于其他多元国际的概念,如在“弦理论景象”的不同山沟、和无限国际中忽然呈现的那些“婴儿国际”里呈现的那些不同物理规律。而由于量子羁绊的现象是遍及的,所以它不会在咱们国际的鸿沟处中止。不管你具有多少多元国际,当你选用量子一元论时,它们都仅仅一个全体的一部分:在多元国际中的许多国际中,总是存在着一个更根本的实际层面,而这个层面是绝无仅有的。

量子一元论和埃弗雷特的多国际解说都是量子力学的严厉猜测,这些观念的差异仅仅在于其视角:从一个观察者的视角来看,国际好像有很多个“国际”,但从一个大局的视角来看,国际实际上是单一的、共同的(比方从一个能够在外部看到整个国际的人的视角来看)。

换句话说:关于一个只要有限国际信息的观察者来说,多国际解说便是量子一元论的化身。事实上,埃弗雷特开端的动机便是用“国际波函数”来研讨一个能够描绘整个国际的量子描绘。这就像你从百叶窗的一条缝往外看:大天然看起来被分割成不同的部分,但这仅仅你个人视角的产品罢了。

量子一元论和多国际解说都是能够防止的,但只要在两种情况下才会发作;一是改动量子力学的方式体系(一般都会与爱因斯坦的狭义相对论抵触);二是认识到量子力学并不是关于天然的理论,而是常识的理论:量力力学是一个人文的概念,而不是科学。

就现在而言,量子一元论应该被视为现代物理学中的一个要害概念:它解说了为什么“美”(被了解为天然中显着独立的范畴之间存在的结构、相关和对称)不是一种“短缺考虑的美学抱负状况”,而是单一量子状况天然下降的成果。此外,量子一元论还消除了多元国际的缺点,由于它猜测相关性不仅在一个特定的婴儿国际中完成,并且在多元国际的任何一个分支中都会完成——比方爱因斯坦-波多尔斯基-罗森状况中羁绊旋转体系的相反旋转方向。

最终,量子一元论还缓解了试验根底物理的危机,试验根底物理依靠于越来越大的对撞机来研讨越来越小的天然组成成分,由于这些最小的组成成分并不是实际的根本层面。研讨量子力学的根底,量子场论的新范畴,或许国际学中最大的结构都或许相同有用。

这并不意味着每一个观察到的偶尔都指向物理学的根底,也不意味着任何关于美的概念都应该在天然界中完成——但它通知咱们,咱们不应该中止寻求。因而,量子一元论有潜力解救科学的魂灵,由于它信任存在一种共同的、可了解的根本实际。

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