Filter4Cam 學習之 Parallel Universe 2

since: 2012/01/25
update: 2012/01/29
reference: The Universes of Max Tegmark
                    -> 主要參考: The Multiverse Hierarchy (a 2009 update)

等級三: 量子物理的多重世界

A. 前言

    圖5 說明: 等級一和等級三的差別. 鑑於等級一的平行宇宙是在遙遠的太空, 而等級三
                     的平行宇宙甚至就在這裡, 隨著量子事件造成傳統的現實分裂並分歧成
                     平行的故事情節. 然而等級三並沒有在等級一與等級二之外, 增加新的故事
                     情節.

  
    可能有第三種類型的平行世界, 不在很遠的地方, 就某種意義來說, 就在這裡. 如果
    基礎的物理方程式在數學上是所謂的一元化的, 到目前為止看起來好像都是如此,
    那麼在上圖(圖5)中, 宇宙將繼續保持分支成多個平行宇宙: 無論何時一個量子事件
    出現並且有了隨機的結局, 實事上所有的結局都發生了, 每一個都存在於平行宇宙
    的個別分支中. 這就是等級三的多重宇宙. 雖然比等級一和等級二有更多的爭論
    和可疑之處(之後將會看到), 出乎意料地, 這個等級沒有增加新類型的宇宙.

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B. 量子難題(The quantum conundrum)
   1. 在二十世紀初期, 量子力學理論藉由說明原子的領域徹底改革了物理學, 它無法
       被牛頓力學的古典法則所容忍. 儘管理論明顯的成功, 仍然對它真實的意義有著
       狂熱激昂的爭論. 這個學說以非古典的條款明確地說明宇宙的狀態, 例如: 粒子
       的位置與速度在數學上的物件而言, 稱為波函數. 根據薛丁格方程式
       (Schrodinger equation), 這個狀態隨著時間的推移逐步形成數學上統一的方式,
       意謂著波函數在一個抽象的無限次元空間稱為希爾伯特空間(Hilbert space)中
       轉動. 雖然量子力學經常被描述為隨機的天性與不確定的, 但是波函數在一個
       決定論的方式中發展, 卻是沒有隨機與不確定性.

   2. 麻煩的部分是如何連結這個波函數到我們觀察的東西上. 許多合理的波函數符合
       反直觀的情況, 例如: 在所謂的態疊加(superposition)中, 一隻貓同時間是生又是死.
       在 1920 年代, 物理學家們藉由假設: 當有任何人開始作觀測時, 波函數便會崩塌
       (collapse)成某個明確的傳統結果, 來解釋離奇的現象. 這個附加的東西在解釋觀測
        行為上的確有好處, 但是它把一個優美, 公正的理論變得笨拙而不公正, 從那時到
        現在就沒有方程式明確說明崩塌是如何發生的. 一般在量子力學裡的內在隨機性,
        其實正是這個外加假定的結果, 也因此引發愛因斯坦(Albert Einstein)的異議說:
        "上帝不會擲骰子".  

   3. 多年來, 許多物理學家已經放棄支持在 1957 年由普林斯頓的畢業生: 艾弗雷特
       (Hugh Everett III)所發展的觀點. 艾弗雷特表明波函數崩塌的假設是多餘的.
       事實上, 純粹的量子理論對此並沒有提出任何的反駁. 雖然它預言一個古典的現實
       漸漸地分裂到許多現實的態疊加(superpositions)裡, 觀測者只是主觀地體驗隨機性
       的微小分裂(圖5), 從舊的崩塌假設隨著一致同意的或然率(德威特 de Witt 2003).
       這個古典世界的態疊加就是等級三的多重宇宙.

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C. 等級三的平行宇宙像什麼呢?
   1. 艾弗雷特的多重世界解釋已經在物理學界內與外讓人困惑超過四十年了. 但是當
       在二個觀看物理理論方法之間作辨別時, 這個理論變得容易理解了. 一是從物理
       學家研究數學方程的外部觀點, 像一隻鳥從高處環視一片土地. 另一是從住在
       方程式所描述世界中的觀測者的內部觀點, 就像一隻住在被鳥所環視的土地上
       的青蛙.

   2. 從鳥的觀點, 等級三的多重宇宙是簡單的. 只有一個波函數. 它流暢地逐步形成
       並且確定地隨著時間的推移沒有任何種類的裂開或平行. 抽象的量子世界藉由
       發展中的波函數來描述, 其中包含一個廣大數量的平行古典故事線, 連續不斷地
       分裂與合併, 和一些量子現象一樣, 缺乏古典的描述. 從青蛙的觀點, 在完整的
       現實中, 觀測者只察覺到極小的部分. 藉由量子去相干(quantum decoherence)
       (Dieter Zeh 1970 去相干化理論, ; Giulini et al. 1996)的過程, 他們能夠觀看到
       他們自己的等級一之宇宙 ---- 當維持一元化時, 與波函數崩塌時極相似, 可以
       防止讓他們看到自身上的等級三之平行複製.
       備註: 量子去相干: 由任意疊加態演變為某個對應於測量結果的本徵態.

   3. 無論什麼時候, 當觀測者被問問題, 即時作一個決定並給予一個回答, 腦中的
       量子效應引導成一個態疊加的結果, 例如: "繼續閱讀這篇文章" 與 "放下這篇文章".
       從鳥的觀點, 作決定的行動造成一個人分割成多重個複製: 其中一個繼續閱讀, 其中
       另一個不再閱讀. 然而從青蛙觀點, 相對於其它的分割, 無法察覺到每個自我意識
       的改變並且僅僅察覺分歧只是微小的隨意: 一個確鑿的可能性去閱讀或不閱讀.

   4. 這聽起來可能奇怪, 相同確切的情況甚至發生在等級一的多重宇宙. 你已經明顯地
       決定繼續閱讀文章, 但是在遙遠銀河中其中的另一個我, 在文章的第一段後, 就放下
       雜誌了. 在等級一與等級三之間的唯一差異是你居住在哪裡. 在等級一, 他們住在
       別處令人滿意且熟悉的三維空間. 在等級三, 他們住在無限維度希爾伯特空間的量子
       分支中.(圖5)