量子物理学家表示,平行时间线无法帮助你

多元宇宙无法让我们逃离现实——这或许是件好事

Conceptual illustration, seven transparent clocks of different times floating in the space

Hiroshi Watanabe/Getty Images

作为一种网络迷因,它并不算特别火爆。但在11月6日上午的几个小时里,“最黑暗时间线”一词在谷歌搜索中成为热搜,几位物理学家在社交媒体上发帖思考我们是否真的身处其中。民意调查和预测市场中表达的所有可能性都坍缩成了一个确定的结果,历史从“可能发生什么”变成了“刚刚发生了什么”。这场两极分化的美国总统选举中的两方,在几乎所有事情上都意见相左——除了他们都认为选举结果将是在我们世界的两条不同轨迹之间做出攸关重大的选择。

这就引出了相当明显(但也可能毫无意义)的问题:“最黑暗时间线”(或任何其他“时间线”)可能是真实存在的吗?在遥远的彼岸,是否可能存在一个平行世界,其中卡玛拉·哈里斯在选举中获胜了呢?

事实证明,除了助长逃避现实的社会政治幻想,并为反事实历史这一类型披上科学的外衣之外,平行时间线的概念实际上是物理学家非常认真对待的东西。这个概念最著名地出现在量子力学中,量子力学预测了多种结果——既是活的又是死的猫等等。如果一个光粒子——光子——照射到一面部分镀银的镜子上,那么在某种意义上,该粒子既可以穿过表面,也可以从表面反射回来——这两种结果是互斥的,在物理学行话中被称为叠加态。只有其中一种可能性会在被观察时显现出来,但在那之前,粒子会同时处理这两种可能性。这就是数学所说的——也是实验所证实的。例如,你可以创建一个叠加态,然后通过将光线导向第二面部分镀银的镜子来取消它。除非这两种可能性都保持有效,否则这是不可能的。尽管这个特征通常用亚原子粒子来描述,但人们认为它在宇宙的所有尺度上都是普遍存在的。


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支持这些时间线是真实存在的,而不仅仅是虚构的想象的观点是,它们可以“相互干涉”,从而增强或削弱其发生的概率。也就是说,可能发生但没有发生的事情,对确实发生的事情产生了可衡量的影响,仿佛前者从可能的阴影领域延伸到了现实世界。

考虑一下物理学家阿夫沙洛姆·埃利泽和列夫·瓦伊德曼在1993年提出的炸弹探测器,该探测器后来已被证明(幸运的是不是用真炸弹):用部分镀银的镜子进行实验,但在光子可能采取的两条路径之一上放置一个光敏炸弹。这种阻塞阻止了你取消叠加态,从而将行进的光子恢复到其原始状态。即使炸弹从未爆炸,它也会这样做,这表明光子从未接触过炸弹。仅仅是光子可能击中炸弹的可能性就会影响发生的事情。理论上,你可以使用这个被称为反事实确定性的原理来拍摄细胞的X射线图像,而无需让它们受到有害辐射。在一个新兴的学科——反事实量子计算中,计算机输出一个值,即使你从未按下“运行”按钮

思考反事实确定性的一种方法被称为多世界诠释。一个光子撞击镜子会导致宇宙时间线分支,创造出一个粒子穿过镜子的世界和一个粒子从表面反射回来的世界。我们每个人都被困在自己的世界里,因此一次只能看到一个结果,但另一个世界仍然存在,对另一个世界的居民可见。所有这些世界加在一起,构成了“多元宇宙”

无论他们是否同意多世界诠释,物理学家和哲学家肯定都喜欢争论它。有些人欣赏它的优雅;另一些人则抱怨概念上的困难,例如“世界”究竟是什么这一棘手的问题。量子理论不仅允许多个世界,而且还提供了无限多种定义它们的方式。

在所有关于多世界的争论中,这个想法的提出者,物理学家休·艾 Everett的关键见解经常被遗忘。Everett 提出他的观点是为了回应其他物理学家的假设,即因为如果一个粒子进入叠加态,我们只能看到其中一种可能性,所以一定有什么东西导致所有其他可能性被丢弃。换句话说,某种机制必须使叠加态坍缩——也许是观察行为本身,或者是一些零星的随机性,这种随机性是现实结构固有的。Everett 注意到这种推理中的谬误:即使叠加态保持完整,它总是看起来好像已经坍缩了。原因是,在进行观察时,我们与粒子相互作用,我们和它一起变成一个组合系统。由于粒子处于叠加态,我们也是如此。但我们无法分辨。Everett 的基本观点是:我们是我们试图观察的现实的一部分,但没有哪个部分可以完全理解整体,因此我们的观点是有限的。多个时间线出现在我们自身嵌入宇宙之中所强加的隐藏深处。

物理学的其他分支也认为存在由分支时间线组成。物理学家在计算粒子的路径时会考虑反事实;根据他们所谓的最小作用量原理,即使是一个没有表现出明显量子效应的经典粒子,也会探测出所有可能性。在统计物理学中,研究人员通过“系综”来思考,从而研究数万亿个粒子,系综是另一种多元宇宙,涵盖了粒子可以排列和演化的所有可能方式。随着时间的推移,粒子探索所有向它们开放的可能性。我们间接地感受到它们的运作,例如热量的流动和热力学平衡的建立。跳出物理学领域,进化生物学家也经常谈论多个时间线:如果你重新运行物种的进化,结果会一样吗?

所有这些科学问题都根植于一个基本难题:什么是可能但不实际?为什么存在某种事物而不是其他事物?物理学家保罗·戴维斯称之为“存在之谜”。它不仅触及关于分支时间线的深奥想法,也触及日常生活的各个方面,例如因果关系。要说某件事导致了另一件事,就必须有可能“另一件事”根本不会发生。在天体生物学家萨拉·伊玛丽·沃克最近出版的关于生命物理学的书中,《无人知晓的生命》中,她指出,整个可观测宇宙都不包含足够的物质来创造每一种可能的小有机分子,更不用说我们所知道和喜爱的 DNA 链等大分子了。对她来说,生物体的独特之处在于它们制造了其他情况下几乎不可能存在的分子和其他结构。生命在可能性空间的虚空中开辟了一条道路。

也许某种深刻的规则从可能的现实中选择了实际的现实,但确定该原则的努力一再落空。很难说我们的世界是所有可能世界中最好的。而且,尽管19世纪哲学家亚瑟·叔本华宣称,但它似乎也不是最糟糕的——情况总是可能变得更糟,尽管谷歌搜索“最黑暗时间线”。对于许多人来说,例如哲学家大卫·刘易斯和宇宙学家马克斯·泰格马克,最直接的结论是所有可能的现实都存在

那么,真正的问题不是是否存在其他时间线;当然存在。而是为什么我们只看到一条。如果分支对我们来说太明显,那么生命或智能可能就不可能存在。物理学中充满了我们存在的这种先决条件。例如,如果时间流动没有方向性——时间之箭——就不会有持久的变化,没有记忆,没有智能,没有能动性。保持其他时间线的隐藏可能具有类似的意义。量子叠加可能在我们体内起到一些特殊的功能,但除此之外——连同任何其他时间线的痕迹——都会在生物学与环境的活跃物质和能量交换中消散。智能的本质是具有选择性;如果我们必须评估无限的可能性,我们将陷入瘫痪。头脑必须至少暂时地确定一种可能性,而不是保持所有可能性开放。做出选择并由此采取行动所需付出的努力,可能是赋予我们至少自由意志主观感受的关键。

所以要小心你所期望的。在黑暗的时刻,我们可能会想象其他的时间线,渴望逃到另一个时间线,但我们似乎与我们自己的时间线密不可分。如果更容易在它们之间穿梭,我们可能只会到达遗忘之地。不管你喜不喜欢,我们都被困在这个时间线中——如果我们想改变它,我们将不得不用老式的方法来做。

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