硬核科普 | 平行宇宙，真实 or 荒唐？

平行宇宙有时候也叫做平行世界、多重宇宙、多世界等等，这些都是一个意思，考虑到“平行宇宙”这个词最流行，我就统一用这个词。

平行宇宙是最近这几年非常热门的一个概念，这几年涌现出很多电影、电视剧都以平行宇宙的概念为题材，比如 

• 2001 年李连杰主演的电影《救世主》

• 2011 年的《源代码》

• 2014 年阿汤哥的《明日边缘》

• 同一年上映的广受好评的小成本电影《彗星来了那一夜》

• 还有美剧《危机边缘》等等。

概念虽然很热，但是对于平行宇宙到底是什么、它的科学性有多高、这个概念又是因为什么样的科学发现而产生的，恐怕能讲清楚的人就不多了。

我相信这一章的内容一定能让你在聚会聊天中大放异彩。

实际上，平行宇宙的类型有非常多种，有一位这方面研究的专家，也是著名的物理学家、科普作家布莱恩·格林就把平行宇宙模型分成了 9 种不同的类型，一种比一种脑洞开得大。

先不展开，我先带大家回到平行宇宙概念诞生的最初源头。

平行宇宙这一概念的诞生可以追溯到 1954 年，美国物理学家埃弗里特是公认的概念创造者。

他用于解释量子力学的多世界理论，以及由此发展出来的退相干理论在物理学界无人不知，然而这位英年早逝的物理学家的生平故事却鲜为人知。

《科学美国人》的作者彼得·伯恩与俄罗斯历史学家尤金·希霍夫采夫等人检索了大量的文献资料，还亲自采访了他的同事、朋友和儿子，终于为我们揭开了这位科学家充满悲剧色彩的一生。

请让我一边为你讲他的故事，一边介绍平行宇宙的基础概念。

休·埃弗里特生于 1930 年，他爸爸和爷爷都叫这个名字，所以按照老外的习惯，这个埃弗里特其实是埃弗里特三世。据说他 12 岁的时候就给爱因斯坦写过信，问一些关于宇宙学的问题，而爱因斯坦居然还给他回了信。

他的大学本科成绩非常好，毕业后获得了奖学金进入到普林斯顿大学物理系深造，专攻量子力学，他的老板就是大名鼎鼎的惠勒教授。

在埃弗里特攻读博士学位的年代，正是物理学的黄金时代，尤其是量子力学，正在以前所未有的方式不断地刷新着人类的观念。当时占据着量子力学最核心地位的是以玻尔为首的哥本哈根学派，他们对量子所表现出来的各种奇异现象的解释统称为哥本哈根诠释。

虽然名气很大，但是不喜欢哥本哈根诠释的人大有人在，头一个就是爱因斯坦，他跟玻尔的论战那是旷日持久，至死不休。

20 多岁的埃弗里特在学习了哥本哈根诠释后，也是不喜欢，在他看来，哥本哈根诠释是“荒诞”的。他曾经在一封给《现代物理评论》杂志的编辑德威特的信中写道：

哥本哈根诠释的不完整性无可救药，因为它先验地依赖于经典物理学⋯⋯还是一个将“真实”概念建立在宏观世界、否认微观世界真实性的哲学怪胎。

那这个哥本哈根诠释到底是个什么理论？它又是如何“荒诞”的呢？大多数人第一次听到玻尔理论的时候，脑子里面的第一反应一般都是“荒唐”，这哪里像是一个物理学家作出的理论啊！

有一个经典的物理实验，叫做光的双缝干涉实验。

实验方法很简单，就是让一束光通过硬纸板上的两条平行的缝隙，我们就可以在纸板后面的幕布上看到明暗相间的条纹。

这个实验证明了光是一种波，因为光波在通过两条平行的缝隙后发生了自我干涉，波峰与波峰相遇的地方亮度就会增强，波峰与波谷相遇，亮度就会减弱，于是就出现了明暗相间的条纹。

这个实验在 19 世纪初就被科学家们做过了，100 多年来大家也没觉得这个实验有啥了不起的。可是进入到 20 世纪后，这个实验开始被物理学家们高度重视起来。

为啥？因为爱因斯坦提出的光的波粒二象性被各种实验所证实了，这样一来，物理学家们不得不面临一个棘手的问题，那就是：

既然光在最微观的结构上是一个个的粒子，那当单个光子通过左缝时，它是怎么知道右缝的存在呢？

刚开始，物理学家还能掩耳盗铃，因为没有人能在实验室中让光变成一个个的光子发射出去，所以物理学家们就想，或许让光子一个个通过双缝的话，就不会出现干涉条纹了。

但是好景不长，没过多久，物理学家们发现电子同样具备波粒二象性，而电子要比光子容易控制多了，他们制造出了可以一个一个发射电子的电子枪。

于是，电子一个一个地被射向双缝，这个实验一做就是一年多，当荧光屏上干涉条纹慢慢呈现出来时，物理学家们知道，一个潘多拉盒子被打开了，从此物理学的江湖大乱。

一个电子它怎么就能够通过左缝的时候知道还有另外一条右缝的存在，从而改变自己的运动轨迹呢？

这个问题还可以用更简洁的方式问：一个电子到底是通过了左缝还是右缝？

以玻尔为首的哥本哈根学派是这么解释的：

一个电子同时通过了左缝和右缝！这并不是说电子会分身术，一分为二，一半通过左缝，一半通过右缝。

哥本哈根学派创造出一个前所未有的概念，叫做叠加态。

一个或一团基本粒子可以处于某种叠加态中，多种不同的状态相互叠加在一起。一个电子可以同时处在不同的位置、拥有不同的速度和自旋方向。

正是因为在量子世界中，电子可以拥有如此神奇的本领，这才导致在双缝实验中，电子可以自己和自己发生干涉。

这个概念当然会遭到很多物理学家的反对，他们继续在实验室中研究电子到底通过了哪条缝，可是非常奇怪的是，当他们在某条缝隙上安装一个检测装置，一旦明确测定了电子通过哪条缝隙时，干涉条纹就消失了。

哥本哈根学派继续解释说，电子以不同的概率同时处在所有可能的位置，在数学上，可以用一个波函数来描述电子在每一个位置上出现的概率。而薛定谔方程就是一个描述波函数如何随着时间演化的方程，这种演化在没有测量之前，是连续平滑的。

但是，一旦对电子进行精确测量，就会得到一个明确的结果，在测量的瞬间，描述多种状态的波函数坍缩成了叠加态中的某一种状态，中断了波函数平滑的演变过程。

可能很多人还是听不明白哥本哈根学派叽叽歪歪地在说什么，没关系，我们总结一下，你只要知道几个结论性的概念就好。

第一，为了解释电子的奇怪现象，哥本哈根学派创造出了一种叫做“叠加态”的概念，它完全超出了我们的日常生活经验，没有人能够真正理解。这就好像让一个天生的盲人去理解什么是颜色一样，他不可能真正理解，但盲人不能因此否定颜色的存在。

第二，当人们继续追问，测量是如何导致波函数突然坍缩的，电子又是怎样从叠加态突然变成了确定态的，哥本哈根学派就回答说这些问题没有意义，我们不予回答，反正知道结果就好了。

也确实，按照这套没人能理解的理论，我们就是可以对电子的行为做出精确的计算，从而发明电子计算机等等一系列电子产品。

但是，这样一个理论，让很多物理学家感到非常难受，他们孜孜不倦地寻找着一个更加合情合理的理论，就好像一个不弄清楚颜色是什么就绝不罢休的盲人一样。埃弗里特就是他们中的一员。

1954 年的某个夜晚，埃弗里特和几个好友喝了几杯，正在晕晕乎乎的时候，一个绝妙的想法突然出现在他的脑子中。在随后的几个星期中，他把这个想法发展成了一篇论文的初稿，正是这篇论文，创造了今天被无数科幻作家们热爱的平行宇宙。

埃弗里特是这么想的：

如果波函数的连续演变没有因测量行为而被打断；如果薛定谔方程总是适用，并且适用于一切物体，包括被观测物体和观测者本身；如果叠加态中的所有状态始终是真实的；那么，这样一个世界，在我们的眼中会是什么样子呢？

根据这些想法，埃弗里特提出了一个貌似“疯狂”的观点，他认为，每当观测者与处在叠加态中的物体发生相互作用时，观测者的波函数就会分岔。

相互叠加的每种状态都会产生一个分支。这个观测者在每个分支里都有一个“分身”，每个“分身”观察到叠加态中的一种状态成为测量结果。

根据薛定谔方程的基本数学性质，这些分支一旦形成就无法再相互影响。因此，每一个分支都会各自独立地踏上一条不一样的未来之路。

你可能有点儿听晕，没事，我再用人话解释一遍：

埃弗里特认为，在双缝实验中，当一个人去测量电子到底通过了哪条缝隙时，在测量的那一瞬间，世界分裂成了两个各自平行的世界，

• 在其中一个世界，他会观察到电子通过了左缝；

• 而在另一个世界中，他的“分身”会看到同一个电子通过了右缝。

每个“分身”都认为自己是独一无二的，会观察到符合物理规律的种种可能性中，有一种变为了“现实”。

然而，从上帝视角来看的话，每种情况都在不同的平行世界中发生着。

怎么样，是不是非常的疯狂？请大家务必把自己想象成是第一次看到平行宇宙的理论，这样你才能更好地体会当埃弗里特的老板惠勒看到论文时的那种感受了。

想想看，当我们测量一个电子时，整个宇宙分裂成了无数个平行的宇宙，因为电子是无数个可能状态的叠加，而每一个状态都对应一个平行宇宙，我说的可是包含 1400 多亿个已知星系的宇宙，可不是仅仅只有地球世界啊。确实够疯狂。

可是，你再想想，虽然疯狂，但它确实是一个可以被我们理解的理论，每一个词我们都能听懂。

普林斯顿高等研究院的科学家马尔达西那的看法，反映了物理学家们的普遍观点。他说：

“如果站在量子力学的角度来考虑埃弗里特的理论，我相信这是最合理的解释。但在日常生活中，我绝不相信这个理论。”

不过，为了科普的需要，我把埃弗里特论文中的所有数学和理论物理部分全都略去了，真实的论文可不是像上面那样的科幻小说的写法，而是有许多的数学推导和概念定义。而且，1954 年他写出论文初稿，直到 1956 年，才完成了正式的博士论文，埃弗里特可不是一个随意开脑洞的民科。

惠勒非常重视这篇论文，他特地带着论文前往哥本哈根，与玻尔在内的很多物理学家进行了三轮“漫长而激烈的讨论”。

我们在惠勒写给埃弗里特的信中可以看到这样的评价：

你的完美波函数公式自然无人撼动；但我们所有人都觉得，真正的问题出在这么多公式后面所附的说明性文字上面。

这些说明性文字中，埃弗里特用人和炮弹发生“分裂”来描述公式所隐含的科学寓意，这让惠勒感到十分头痛，哥本哈根的科学家们将埃弗里特的理论嗤之为“神学”。

到了 1957 年，埃弗里特尽管万分不情愿，但为了毕业，只得将论文删除去了四分之三的内容，里面没有再提到“分裂”两个字了。

这篇论文终于在著名的学术期刊《现代物理评论》中发表，它是量子力学发展史上极为重要的论文之一。

然而，在该论文发表的 20 多年中，根本没有人认识到这篇论文的价值，偶尔有人提到，也是以嘲笑的口吻。这让埃弗里特极为沮丧。他逐渐脱离了理论物理界，在国防部工作了几年后，他开始开公司创业，但并不是很成功。

在生活中，埃弗里特并不是一个成功的人，他抽烟、酗酒，家庭关系紧张。他有一个女儿，一个儿子，但女儿患了精神分裂症，最后自杀了。儿子后来成为了一个挺有名气的摇滚歌星，但在儿子眼中，父亲是个冷酷无情、意志消沉的酒鬼。

就在埃弗里特投身创业的时候，物理学界又开始艰难地重新发现了他的多世界诠释，我们之前提到的那位编辑德威特也开始支持这个理论，他找出了埃弗里特未经删减的原始论文，编辑成了一本名为《量子力学的多世界诠释》出版。

到了 1976 年，一位科幻小说家受到这个理论的启发，写了一篇描写多世界的科幻小说，结果一炮走红，“多世界”这个词在大众中迅速流传开来，后来由此衍生出了平行宇宙。

正当埃弗里特的贡献被世界逐渐重新发现时，1982 年 7 月 19 日，51 岁的埃弗里特因心肌梗死在睡梦中死去，结束了他悲剧的一生。但是，由他创造出来的平行宇宙概念却越来越火。

我想，当我们在饭桌上大谈某一部讲平行宇宙的科幻电影时，也可以提一句这位落魄的平行宇宙之父。

好了，今天我们了解了平行宇宙的起源，下周同一时间，我会接着带大家深入了解平行宇宙的模型，与我一同经历一次头脑风暴。

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