聯絡很順利,羅誌給了對方會麵地點的坐標,雙方約定在後天早晨會麵。羅誌幾天前在路上找到一輛完好的凱迪拉克凱雷德牌汽車,便老實不客氣的據為己有。這輛車的地形適應能力和裝載量都很好。三人裝滿了給養,沿著研究好的路線向太倉駛去。
在路上,羅誌想和劉雪娟交流一下這些天來對事情的思考。
“你怎麽看?”羅誌問道。
“物理學的角度上,我還沒有靠得住的思路。”
“從物理學上看,什麽情況能把大量的物體轉移走?”
“很複雜,你知道,空間和時間並不是獨立存在的,它們是‘時空’概念的兩個不能分割開來的組成部分。閔可夫斯基早在一百年前就發現了。所以這些人現在所在的時空跟我們不同。有很多種可能性可以解釋部分情況,但都很難自圓其說。”
“除了轉移,會不會是分解?”
“不會是分解,分解一般是化學上的概念。化學上,人和動物沒有本質的區別。這麽多人消失了,而動物都還在,這說不過去。”
“你剛才說,有很多可能性可以解釋部分情況?”
“對,那些人可能在另一個時空中,或者另一條時間線上、另一個空間的維度上。也可能是在另一個平行宇宙中。”
“怎麽講?”羅誌聽得懂她的話,但還是想聽她詳細的解釋,也許他會有什麽有提示性的思路。當然,劉雪娟是專業的物理學者,自己隻不過是個門外漢。但福爾摩斯有時候也會需要華生的。
“我們所在的空間是三維的,你看到的東西都有長、寬、高三個維度。但實際上三維空間隻是四維空間在三維的投影。比如一張紙,你可以想象它是一個二維的空間,但它並不是空間的全部,而隻是三維空間中的‘一層’,或者說三維空間的二維投影。二維空間的觀察者隻能看到自己空間內的東西,如果把這張紙上的一條線或者一個圖形從紙上拿出來,放到三維中去,就是說,坐標值的第三個參數改變了,那二維空間的觀察者就看不到它們了。同樣,如果我們的三維空間中的物體在第四個維度上變化了位置,我們也就看不到它們了。所以如果說這些人都到了第四個維度上的別的地方,是可以說的過去的。但一來,這需要有四維空間的入口,讓這些消失的人能在第四個維度上移動,這不現實。隻有從高維度才能把低維度的東西‘拿出來’,低維度的物體自己想進入更高的維度,需要有一個入口。就像在紙上點上一滴肥皂泡,這個肥皂泡和紙的接觸麵可以看做是一個二維空間的三維入口,紙片人如果想在三維空間內移動,隻能從這個入口進入。目前為止,還沒有實際觀測到過四維空間的入口,四維空間本身也是從引力和光線的偏折等現象中推導出來的,沒有人實際進去過。二來,如果他們是從入口進去的,為什麽隻有他們進去了?他們周圍的東西呢?”
“他們的衣服、口袋裏的東西,還有他們手中拿著的,都一起消失了。這不能解釋得通嗎?”
劉雪娟搖搖頭:“不行,入口如果這麽大,我們也一定會進去,沒有理由認為所有消失的人都是故意走進去的。難道在你、我和孩子的周圍,入口剛好關閉了?這不可能。而且車裏的人都消失了,那車為什麽沒有進去?這隻能推論為隻有在‘人’的周圍才有入口,而且是更高維空間的什麽力量把他們‘拿’出去了,隻‘拿’他們,不‘拿’別的。這太難以相信了。還有,為什麽‘拿’他們而不‘拿’我們?我們有什麽特別?”
羅誌也搖搖頭,劉雪娟說的對,這不可能。
“還有什麽可能?”
“不同的時間線。時間是相對的,不知道你有沒有讀過相對論,推論稍微有點繁瑣,但結論很簡單:相對運動的物體所觀察到的時間是不同的。日常生活中的相對速度都太小了,感覺不到時間的不同。但如果你和我的相對速度達到了亞光速,比如說,光速的二分之一,那我們的時間就會相差百分之十幾。速度越高時間越不同。如果有人相對我們以接近光速的速度運動,那他們感覺到的一瞬間,在我們看來就會是很多年。所以,如果說那些消失的人在相對我們高速運動,等他們迴來的時候我們可能已經很大年紀了,而他們可能隻過了幾秒鍾。就是說,這些人到了我們的未來。”
“但這隻不過是在‘時空’這個整體的概念中的運動,在空間上,我們還是可以看到他們的。”
“對,看來你懂得‘時空’的意思。沒有單純的空間,也沒有單純的時間,這兩者是合為一體才能存在的。那些人如果真的會到達我們的未來,就是說,他們除了在我們的空間中運動以外,還在我們的時間中運動了。一切都要看相對速度。”
“明白,所以如果是這種可能性,我們隻需要觀測他們就是了。即便他們是在以光速運動,也不過才十來天的時間,還是可以看到他們的。”
“也不一定。如果真是那麽高的速度,他們現在已經走了很遠了。而他們本身並不發光,想看到他們隻能靠他們反射的太陽光。在天文望遠鏡都無法使用的情況下,是很難看到他們的。但其實咱們並不需要去看他們。這種可能性也很難自圓其說。如果這些人真的在一瞬間消失了,那他們的速度將會很高,暫且不說加速度會要了他們的命,就是把這麽多的人加速到這樣的速度,需要的能量也是不可思議的量級的。哪兒來的這麽大的能量?另外還是那個問題:咱們怎麽還在這兒?”
羅誌笑笑。自己三個人,還有洋山港輪船上的兩個人,確實都還在原地。這五個人有什麽特殊的地方?
“還有呢?”
“還有平行宇宙。這個概念你明白嗎?”
“明白。最初是在對‘單電子雙縫幹涉’實驗的解釋中產生出來的概念。是量子力學的不確定性的一種全新的邏輯解釋。”
“對,你的物理學知識很夠格。哈哈,我們學校怎麽沒請你去當老師?順便再給學生講講怎麽開人家的指紋鎖,怎麽拿著一把大槍嚇唬可憐的小動物。”劉雪娟突然調侃了起來。
羅誌也笑了,他對她的這種突然而又可愛的轉向已經習慣了,也很享受這種調侃。
“別逗了,到你們學校講講後邊的內容還行,要是講物理,非讓人給轟出來不可。”
“對,到我們那兒講取指紋,到人家公安大學講物理,反正不愁混口飯吃,哈哈。”
“切,現在混飯吃全靠伸手就拿,咱們現在開的車不就是順手牽羊來的嗎?還用講什麽課。”
“真的哈,也順便當了一迴世上少有的富翁。就說咱們三個人,你說現在得有多少錢?”
“錢?誰還用那個?紙片子而已。我說劉老師,您要是真喜歡這玩意,我就去給你找點來,就當是您給我上課的學費了。”
“哼,我不要你的臭錢。我自己有!哈哈!”
兩人相對大笑,餘冠男在後座上也似懂非懂的跟著笑了起來。
“還是繼續說平行宇宙吧,反正現在也沒別的事。我知道這個概念的來源,但不明白更深入的理論。”
“也說不上什麽深入的理論,對平行宇宙的研究大部分都還在數學模擬的階段,沒有太多的實驗證實這種理論的真實性。你說說你知道的吧,這也不是我的專業,我懂得也不多。”
“好吧。量子力學的發展曆史上,有一個很著名的實驗,叫‘單電子雙縫幹涉’實驗。就是把一個電子像子彈一樣打向一麵有兩條縫隙的牆,經典物理學認為,這個電子每次隻能通過兩條縫隙中的一個,要麽從左邊的縫隙中穿過,要麽從右邊的穿過。可是實驗結果卻是這個電子穿過了牆之後,發生了幹涉。隻有兩個電子同時從不同的縫隙中穿過,才會相互發生幹涉,一個電子怎麽能同時從兩個縫隙中穿過呢?就像我們打台球,一個球每次隻能進兩個底袋中的一個,不可能同時既進了左邊的底袋,又進了右邊的。
可是這個實驗確確實實的證明了,同一個電子在一次實驗過程中,同時穿過了兩個縫隙。在對這個實驗的經典的哥本哈根解釋中,量子力學用概率來解釋這種現象,就是說,微觀粒子在處於某一狀態時,它的力學量不具有確定的數值。它的速度、位置、動量、能量等等都是不確定的,而是具有一係列可能的值,每個可能值以一定的概率出現。像我們宏觀的物體,比如一個人,他每時每刻的速度、位置等等都是確定的,我現在在這開車,就不可能同時也在後座上。但微觀粒子不同,它是可能同時既在這,又在那的,在這或者在那都是有一定概率的,不確定。這樣,那個穿牆的電子就有可能在同一時刻既通過左邊的縫隙,又通過右邊的縫隙。而當觀察者去測定這個電子究竟通過了哪條縫隙時,永遠隻會在其中的一條中發現這個電子,這次觀察,電子在左邊,右邊沒有;下一次觀察,電子可能就在右邊了,左邊沒有。即使是兩台儀器同時測量也不能同時偵測到兩個縫隙中都有電子。
這就更反常了,很多人為此抓破了頭皮,這簡直違背了直覺嘛。本來,一個電子能同時通過兩條縫隙就夠詭異了。現在又加上:如果不測量,電子可以同時通過兩條縫,隻要一測量,電子就隻能從其中一條縫中通過,好像人們的測量行為改變了電子的運動狀態。什麽跟什麽啊。”
羅誌自己也不由得笑了,他繼續說:
“但實驗的結果明白的擺在那裏,不容置疑。人們隻能去尋找能解釋這種現象的理論。量子力學的數學架構‘波函數’解釋了這種令人抓狂的現象。波函數可以描述具有不確定性的微觀粒子在空間分布的概率。根據量子力學原理,電子的運動狀態是以波函數的形式存在的。當人們沒有觀測電子時,電子在兩條縫隙的位置都有存在的概率;但是,一旦被測量了,比如說,測得電子在左邊縫隙的位置,那它在該位置的概率就為1,在其他位置的概率為0。數學上,在測量的一瞬間,電子的波函數‘坍縮’到了該位置。這就是量子力學最神秘、也最受質疑的地方:觀察可以改變存在狀態。
在哲學上,這當然是唯心主義的,很多人並不能信服。即便是在波函數‘坍縮’的技術細節上,也引起了很大的爭議。比如說,‘坍縮’到底是什麽時候發生的?是在測量的一瞬間就發生了,還是要等到測量結果的光子傳入到人的眼中在視網膜上形成影像了才發生?所以,即使波函數‘坍縮’在數學上解釋得過去,還是受到了廣泛的質疑。很多人認為,量子力學采用這種方式來解釋實驗現象,就不能被稱為物理學了,最多隻不過是一大套複雜繁瑣的計算方法而已。這種解釋方法導致了沒有人能‘理解’量子力學,而隻是讓人們掌握了一種可以描述實驗結果的計算方式。”
羅誌喘了口氣,劉雪娟用很欣賞的眼光看著他。他沒有更多的思考,繼續說下去:
“更奇葩的解釋來了。美國物理學家埃弗雷特提出,要對這種現象進行解釋,可以從對波函數進行‘不坍縮’處理來入手,也就是說,在任何時候,波函數都成立,電子的運動狀態都是呈概率形式的,波函數不會‘坍縮’到某一個確定的位置。在測量之後,電子依然既在左邊縫隙,又在右邊縫隙,處於位置的‘疊加’狀態。那人們為什麽隻能觀測到電子處於某一個確定的位置呢?這是因為人的世界也處於‘疊加’的狀態。當電子通過雙縫後,兩個‘疊加’的世界分離,在其中一個世界裏,電子通過了左縫,在另一個世界裏,電子通過了右縫。關鍵在於,本來是‘疊加’在一起的世界,由於觀測活動而分立開來了:在前一個世界中觀測的人們看到了電子在左縫裏,在後一個世界中觀測的人們看到了電子在右縫裏。
這種兩個世界‘疊加’的思維方式還可以解釋量子力學中著名的悖論‘薛定諤的貓’。‘薛定諤的貓’是說,根據量子力學原理,一個原子在某一時刻是否衰變是不確定的,衰變與否各有一定的概率,就像那個穿過雙縫的電子一樣,在不觀測的情況下,這個原子是有可能同時既衰變又不衰變的。如果有一個大盒子,和一個密封了毒氣的小盒子,毒氣是否釋放取決於原子是否衰變。把原子、一隻貓和小盒子都放在大盒子裏,蓋上大盒子的蓋子。這樣,人們就不能觀測到大盒子裏的情況了。而根據電子穿縫的實驗,人們知道,一旦觀測了原子,就可以確定原子是否衰變,波函數‘坍縮’了,不存在不確定性了。這次觀測,原子衰變了,下次觀測,原子沒有衰變,但每次觀測隻能有一個確定的結果。在這個實驗中,簡化為隻要打開大盒子的蓋子,人們就可以看到原子是否衰變。
現在悖論來了:第一,在不打開大盒子的蓋子的情況下,也就是說,不觀測,原子同時處於既衰變又不衰變的狀態,可是毒氣到底釋放了沒有?貓到底死沒死?你這個小原子可以同時既這樣又那樣,可貓不能同時既死了又沒死啊。
第二,在不打開大盒子的蓋子的情況下,貓的生死是不確定的,隻能用波函數來描述,可一旦打開了蓋子,就隻有可能觀測到一種結果,波函數‘坍縮’了,貓的生死就定了,非死即活。而到底是死是活,誰也無法預測。這次打開蓋子,貓死了;下次打開蓋子,貓還活著。可憐的貓本來在既活又死的狀態下存在著,可是人類打開蓋子確定了它的生死,而到底能不能幸存又無法預測,隻能認命。觀測的行為改變了貓的存在狀態。
‘疊加’世界的理論拯救了這隻可憐的貓。貓的死活是‘疊加’的,觀測活動導致了‘疊加’的世界分立開來:在一個世界中,貓活著,在另一個世界中,貓死了。在前一個世界中觀測的人們看到了貓活著,在後一個世界中觀測的人們看到了貓死了。
就是這麽簡單,波函數不會‘坍縮’,量子力學的薛定諤方程始終成立,是量子過程造成了‘兩個世界’,這兩個世界將完全獨立的存在,獨立的平行演變下去。
這就是平行宇宙。”
羅誌一口氣說了這麽多,感覺有點氣喘。劉雪娟為他鼓起了掌:
“說的真清楚,我真的長了見識。就算我之前就知道這些,但好像還是受到了一場思想的洗禮。你真厲害!”
“過獎了,我就知道這麽多。但我其實不太相信這套理論。”
“為什麽呢?”
“因為根據這種解釋,世界其實並不是簡單的兩個‘疊加’,而是無數的‘疊加’!‘單電子雙縫幹涉’實驗中隻有一個電子,兩條縫隙,可如果有無數條縫隙呢?如果有無數個電子呢?每次觀測的結果都不一定相同,所以就有無數個‘疊加’的世界?這還隻是一個實驗而已,就造成了無數的平行宇宙,而各種量子過程根本多得數不過來!而且,這些‘疊加’的世界全都是真實的,沒有哪一個比其他的更重要一點。這太令人難以置信了。還有最重要的一點:觀測使得原本‘疊加’的世界分立開來了。這依然不能繞開觀測行為改變世界本質的窠臼。”
“確實是這樣,可也沒有什麽實驗能否定這個理論,而且在數學上,‘無窮’的概念也是可以處理的。”
“我明白,但也沒有什麽宏觀上的實驗能夠證實這個理論,一切都是微觀的和數學上的。”
“也不完全是這樣,大部分的研究都還是微觀和數學上的。但加州大學聖芭芭拉分校的物理學家們已經把實驗從微觀的層麵提升到了宏觀領域,他們的實驗物已經達到了人類頭發絲的寬度,這已經絕不是基本粒子了,但實驗的結果仍然一樣:實驗物出現了同時處於兩個量子態的情況。”
“但平行宇宙理論並不能完全解釋我們現在情況,如果有什麽量子過程導致了某些平行宇宙的出現,可為什麽人們都去了另外的宇宙呢?難道這兩個或者多個平行宇宙中不同的情況是,一個宇宙中人們都在地球上,另一個宇宙中,人們都在別處?”
“對,我說過,所有的可能性都隻能解釋一部分情況,都不能自圓其說。”
羅誌感到一陣疲憊。他也思考過人類消失的原因,最重要的是,這個過程是否可逆,人們是否還能迴來。可他連一點頭緒都摸不著。
兩人都沉默了,汽車裏隻有發動機的聲響和餘冠男熟睡的唿吸聲。
在路上,羅誌想和劉雪娟交流一下這些天來對事情的思考。
“你怎麽看?”羅誌問道。
“物理學的角度上,我還沒有靠得住的思路。”
“從物理學上看,什麽情況能把大量的物體轉移走?”
“很複雜,你知道,空間和時間並不是獨立存在的,它們是‘時空’概念的兩個不能分割開來的組成部分。閔可夫斯基早在一百年前就發現了。所以這些人現在所在的時空跟我們不同。有很多種可能性可以解釋部分情況,但都很難自圓其說。”
“除了轉移,會不會是分解?”
“不會是分解,分解一般是化學上的概念。化學上,人和動物沒有本質的區別。這麽多人消失了,而動物都還在,這說不過去。”
“你剛才說,有很多可能性可以解釋部分情況?”
“對,那些人可能在另一個時空中,或者另一條時間線上、另一個空間的維度上。也可能是在另一個平行宇宙中。”
“怎麽講?”羅誌聽得懂她的話,但還是想聽她詳細的解釋,也許他會有什麽有提示性的思路。當然,劉雪娟是專業的物理學者,自己隻不過是個門外漢。但福爾摩斯有時候也會需要華生的。
“我們所在的空間是三維的,你看到的東西都有長、寬、高三個維度。但實際上三維空間隻是四維空間在三維的投影。比如一張紙,你可以想象它是一個二維的空間,但它並不是空間的全部,而隻是三維空間中的‘一層’,或者說三維空間的二維投影。二維空間的觀察者隻能看到自己空間內的東西,如果把這張紙上的一條線或者一個圖形從紙上拿出來,放到三維中去,就是說,坐標值的第三個參數改變了,那二維空間的觀察者就看不到它們了。同樣,如果我們的三維空間中的物體在第四個維度上變化了位置,我們也就看不到它們了。所以如果說這些人都到了第四個維度上的別的地方,是可以說的過去的。但一來,這需要有四維空間的入口,讓這些消失的人能在第四個維度上移動,這不現實。隻有從高維度才能把低維度的東西‘拿出來’,低維度的物體自己想進入更高的維度,需要有一個入口。就像在紙上點上一滴肥皂泡,這個肥皂泡和紙的接觸麵可以看做是一個二維空間的三維入口,紙片人如果想在三維空間內移動,隻能從這個入口進入。目前為止,還沒有實際觀測到過四維空間的入口,四維空間本身也是從引力和光線的偏折等現象中推導出來的,沒有人實際進去過。二來,如果他們是從入口進去的,為什麽隻有他們進去了?他們周圍的東西呢?”
“他們的衣服、口袋裏的東西,還有他們手中拿著的,都一起消失了。這不能解釋得通嗎?”
劉雪娟搖搖頭:“不行,入口如果這麽大,我們也一定會進去,沒有理由認為所有消失的人都是故意走進去的。難道在你、我和孩子的周圍,入口剛好關閉了?這不可能。而且車裏的人都消失了,那車為什麽沒有進去?這隻能推論為隻有在‘人’的周圍才有入口,而且是更高維空間的什麽力量把他們‘拿’出去了,隻‘拿’他們,不‘拿’別的。這太難以相信了。還有,為什麽‘拿’他們而不‘拿’我們?我們有什麽特別?”
羅誌也搖搖頭,劉雪娟說的對,這不可能。
“還有什麽可能?”
“不同的時間線。時間是相對的,不知道你有沒有讀過相對論,推論稍微有點繁瑣,但結論很簡單:相對運動的物體所觀察到的時間是不同的。日常生活中的相對速度都太小了,感覺不到時間的不同。但如果你和我的相對速度達到了亞光速,比如說,光速的二分之一,那我們的時間就會相差百分之十幾。速度越高時間越不同。如果有人相對我們以接近光速的速度運動,那他們感覺到的一瞬間,在我們看來就會是很多年。所以,如果說那些消失的人在相對我們高速運動,等他們迴來的時候我們可能已經很大年紀了,而他們可能隻過了幾秒鍾。就是說,這些人到了我們的未來。”
“但這隻不過是在‘時空’這個整體的概念中的運動,在空間上,我們還是可以看到他們的。”
“對,看來你懂得‘時空’的意思。沒有單純的空間,也沒有單純的時間,這兩者是合為一體才能存在的。那些人如果真的會到達我們的未來,就是說,他們除了在我們的空間中運動以外,還在我們的時間中運動了。一切都要看相對速度。”
“明白,所以如果是這種可能性,我們隻需要觀測他們就是了。即便他們是在以光速運動,也不過才十來天的時間,還是可以看到他們的。”
“也不一定。如果真是那麽高的速度,他們現在已經走了很遠了。而他們本身並不發光,想看到他們隻能靠他們反射的太陽光。在天文望遠鏡都無法使用的情況下,是很難看到他們的。但其實咱們並不需要去看他們。這種可能性也很難自圓其說。如果這些人真的在一瞬間消失了,那他們的速度將會很高,暫且不說加速度會要了他們的命,就是把這麽多的人加速到這樣的速度,需要的能量也是不可思議的量級的。哪兒來的這麽大的能量?另外還是那個問題:咱們怎麽還在這兒?”
羅誌笑笑。自己三個人,還有洋山港輪船上的兩個人,確實都還在原地。這五個人有什麽特殊的地方?
“還有呢?”
“還有平行宇宙。這個概念你明白嗎?”
“明白。最初是在對‘單電子雙縫幹涉’實驗的解釋中產生出來的概念。是量子力學的不確定性的一種全新的邏輯解釋。”
“對,你的物理學知識很夠格。哈哈,我們學校怎麽沒請你去當老師?順便再給學生講講怎麽開人家的指紋鎖,怎麽拿著一把大槍嚇唬可憐的小動物。”劉雪娟突然調侃了起來。
羅誌也笑了,他對她的這種突然而又可愛的轉向已經習慣了,也很享受這種調侃。
“別逗了,到你們學校講講後邊的內容還行,要是講物理,非讓人給轟出來不可。”
“對,到我們那兒講取指紋,到人家公安大學講物理,反正不愁混口飯吃,哈哈。”
“切,現在混飯吃全靠伸手就拿,咱們現在開的車不就是順手牽羊來的嗎?還用講什麽課。”
“真的哈,也順便當了一迴世上少有的富翁。就說咱們三個人,你說現在得有多少錢?”
“錢?誰還用那個?紙片子而已。我說劉老師,您要是真喜歡這玩意,我就去給你找點來,就當是您給我上課的學費了。”
“哼,我不要你的臭錢。我自己有!哈哈!”
兩人相對大笑,餘冠男在後座上也似懂非懂的跟著笑了起來。
“還是繼續說平行宇宙吧,反正現在也沒別的事。我知道這個概念的來源,但不明白更深入的理論。”
“也說不上什麽深入的理論,對平行宇宙的研究大部分都還在數學模擬的階段,沒有太多的實驗證實這種理論的真實性。你說說你知道的吧,這也不是我的專業,我懂得也不多。”
“好吧。量子力學的發展曆史上,有一個很著名的實驗,叫‘單電子雙縫幹涉’實驗。就是把一個電子像子彈一樣打向一麵有兩條縫隙的牆,經典物理學認為,這個電子每次隻能通過兩條縫隙中的一個,要麽從左邊的縫隙中穿過,要麽從右邊的穿過。可是實驗結果卻是這個電子穿過了牆之後,發生了幹涉。隻有兩個電子同時從不同的縫隙中穿過,才會相互發生幹涉,一個電子怎麽能同時從兩個縫隙中穿過呢?就像我們打台球,一個球每次隻能進兩個底袋中的一個,不可能同時既進了左邊的底袋,又進了右邊的。
可是這個實驗確確實實的證明了,同一個電子在一次實驗過程中,同時穿過了兩個縫隙。在對這個實驗的經典的哥本哈根解釋中,量子力學用概率來解釋這種現象,就是說,微觀粒子在處於某一狀態時,它的力學量不具有確定的數值。它的速度、位置、動量、能量等等都是不確定的,而是具有一係列可能的值,每個可能值以一定的概率出現。像我們宏觀的物體,比如一個人,他每時每刻的速度、位置等等都是確定的,我現在在這開車,就不可能同時也在後座上。但微觀粒子不同,它是可能同時既在這,又在那的,在這或者在那都是有一定概率的,不確定。這樣,那個穿牆的電子就有可能在同一時刻既通過左邊的縫隙,又通過右邊的縫隙。而當觀察者去測定這個電子究竟通過了哪條縫隙時,永遠隻會在其中的一條中發現這個電子,這次觀察,電子在左邊,右邊沒有;下一次觀察,電子可能就在右邊了,左邊沒有。即使是兩台儀器同時測量也不能同時偵測到兩個縫隙中都有電子。
這就更反常了,很多人為此抓破了頭皮,這簡直違背了直覺嘛。本來,一個電子能同時通過兩條縫隙就夠詭異了。現在又加上:如果不測量,電子可以同時通過兩條縫,隻要一測量,電子就隻能從其中一條縫中通過,好像人們的測量行為改變了電子的運動狀態。什麽跟什麽啊。”
羅誌自己也不由得笑了,他繼續說:
“但實驗的結果明白的擺在那裏,不容置疑。人們隻能去尋找能解釋這種現象的理論。量子力學的數學架構‘波函數’解釋了這種令人抓狂的現象。波函數可以描述具有不確定性的微觀粒子在空間分布的概率。根據量子力學原理,電子的運動狀態是以波函數的形式存在的。當人們沒有觀測電子時,電子在兩條縫隙的位置都有存在的概率;但是,一旦被測量了,比如說,測得電子在左邊縫隙的位置,那它在該位置的概率就為1,在其他位置的概率為0。數學上,在測量的一瞬間,電子的波函數‘坍縮’到了該位置。這就是量子力學最神秘、也最受質疑的地方:觀察可以改變存在狀態。
在哲學上,這當然是唯心主義的,很多人並不能信服。即便是在波函數‘坍縮’的技術細節上,也引起了很大的爭議。比如說,‘坍縮’到底是什麽時候發生的?是在測量的一瞬間就發生了,還是要等到測量結果的光子傳入到人的眼中在視網膜上形成影像了才發生?所以,即使波函數‘坍縮’在數學上解釋得過去,還是受到了廣泛的質疑。很多人認為,量子力學采用這種方式來解釋實驗現象,就不能被稱為物理學了,最多隻不過是一大套複雜繁瑣的計算方法而已。這種解釋方法導致了沒有人能‘理解’量子力學,而隻是讓人們掌握了一種可以描述實驗結果的計算方式。”
羅誌喘了口氣,劉雪娟用很欣賞的眼光看著他。他沒有更多的思考,繼續說下去:
“更奇葩的解釋來了。美國物理學家埃弗雷特提出,要對這種現象進行解釋,可以從對波函數進行‘不坍縮’處理來入手,也就是說,在任何時候,波函數都成立,電子的運動狀態都是呈概率形式的,波函數不會‘坍縮’到某一個確定的位置。在測量之後,電子依然既在左邊縫隙,又在右邊縫隙,處於位置的‘疊加’狀態。那人們為什麽隻能觀測到電子處於某一個確定的位置呢?這是因為人的世界也處於‘疊加’的狀態。當電子通過雙縫後,兩個‘疊加’的世界分離,在其中一個世界裏,電子通過了左縫,在另一個世界裏,電子通過了右縫。關鍵在於,本來是‘疊加’在一起的世界,由於觀測活動而分立開來了:在前一個世界中觀測的人們看到了電子在左縫裏,在後一個世界中觀測的人們看到了電子在右縫裏。
這種兩個世界‘疊加’的思維方式還可以解釋量子力學中著名的悖論‘薛定諤的貓’。‘薛定諤的貓’是說,根據量子力學原理,一個原子在某一時刻是否衰變是不確定的,衰變與否各有一定的概率,就像那個穿過雙縫的電子一樣,在不觀測的情況下,這個原子是有可能同時既衰變又不衰變的。如果有一個大盒子,和一個密封了毒氣的小盒子,毒氣是否釋放取決於原子是否衰變。把原子、一隻貓和小盒子都放在大盒子裏,蓋上大盒子的蓋子。這樣,人們就不能觀測到大盒子裏的情況了。而根據電子穿縫的實驗,人們知道,一旦觀測了原子,就可以確定原子是否衰變,波函數‘坍縮’了,不存在不確定性了。這次觀測,原子衰變了,下次觀測,原子沒有衰變,但每次觀測隻能有一個確定的結果。在這個實驗中,簡化為隻要打開大盒子的蓋子,人們就可以看到原子是否衰變。
現在悖論來了:第一,在不打開大盒子的蓋子的情況下,也就是說,不觀測,原子同時處於既衰變又不衰變的狀態,可是毒氣到底釋放了沒有?貓到底死沒死?你這個小原子可以同時既這樣又那樣,可貓不能同時既死了又沒死啊。
第二,在不打開大盒子的蓋子的情況下,貓的生死是不確定的,隻能用波函數來描述,可一旦打開了蓋子,就隻有可能觀測到一種結果,波函數‘坍縮’了,貓的生死就定了,非死即活。而到底是死是活,誰也無法預測。這次打開蓋子,貓死了;下次打開蓋子,貓還活著。可憐的貓本來在既活又死的狀態下存在著,可是人類打開蓋子確定了它的生死,而到底能不能幸存又無法預測,隻能認命。觀測的行為改變了貓的存在狀態。
‘疊加’世界的理論拯救了這隻可憐的貓。貓的死活是‘疊加’的,觀測活動導致了‘疊加’的世界分立開來:在一個世界中,貓活著,在另一個世界中,貓死了。在前一個世界中觀測的人們看到了貓活著,在後一個世界中觀測的人們看到了貓死了。
就是這麽簡單,波函數不會‘坍縮’,量子力學的薛定諤方程始終成立,是量子過程造成了‘兩個世界’,這兩個世界將完全獨立的存在,獨立的平行演變下去。
這就是平行宇宙。”
羅誌一口氣說了這麽多,感覺有點氣喘。劉雪娟為他鼓起了掌:
“說的真清楚,我真的長了見識。就算我之前就知道這些,但好像還是受到了一場思想的洗禮。你真厲害!”
“過獎了,我就知道這麽多。但我其實不太相信這套理論。”
“為什麽呢?”
“因為根據這種解釋,世界其實並不是簡單的兩個‘疊加’,而是無數的‘疊加’!‘單電子雙縫幹涉’實驗中隻有一個電子,兩條縫隙,可如果有無數條縫隙呢?如果有無數個電子呢?每次觀測的結果都不一定相同,所以就有無數個‘疊加’的世界?這還隻是一個實驗而已,就造成了無數的平行宇宙,而各種量子過程根本多得數不過來!而且,這些‘疊加’的世界全都是真實的,沒有哪一個比其他的更重要一點。這太令人難以置信了。還有最重要的一點:觀測使得原本‘疊加’的世界分立開來了。這依然不能繞開觀測行為改變世界本質的窠臼。”
“確實是這樣,可也沒有什麽實驗能否定這個理論,而且在數學上,‘無窮’的概念也是可以處理的。”
“我明白,但也沒有什麽宏觀上的實驗能夠證實這個理論,一切都是微觀的和數學上的。”
“也不完全是這樣,大部分的研究都還是微觀和數學上的。但加州大學聖芭芭拉分校的物理學家們已經把實驗從微觀的層麵提升到了宏觀領域,他們的實驗物已經達到了人類頭發絲的寬度,這已經絕不是基本粒子了,但實驗的結果仍然一樣:實驗物出現了同時處於兩個量子態的情況。”
“但平行宇宙理論並不能完全解釋我們現在情況,如果有什麽量子過程導致了某些平行宇宙的出現,可為什麽人們都去了另外的宇宙呢?難道這兩個或者多個平行宇宙中不同的情況是,一個宇宙中人們都在地球上,另一個宇宙中,人們都在別處?”
“對,我說過,所有的可能性都隻能解釋一部分情況,都不能自圓其說。”
羅誌感到一陣疲憊。他也思考過人類消失的原因,最重要的是,這個過程是否可逆,人們是否還能迴來。可他連一點頭緒都摸不著。
兩人都沉默了,汽車裏隻有發動機的聲響和餘冠男熟睡的唿吸聲。