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  宇宙是否起源於大爆炸?全球暖化的主因是人類造成的?由百科權威英國DK出版社授權,將繁雜的理論拆解為簡潔的圖表,嚴選介紹150位科學家及其重要科學知識。科學素養從閱讀科普開始,無論是求知若渴的學生,還是醉心研究的學者,本書都將帶來意想不到的啟發。

.作者:英國DK出版社
.譯者:王晉
.分類:科普
.出版社:EZ叢書館
.出版日期:2017/06/07
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文章節錄
《科學百科:BIG IDEAS 輕鬆讀系列》

能發生的一切都會發生
休・艾弗雷特三世(1930—1982年)

  休・艾弗雷特三世提出的量子力學多世界詮釋,改變了科學家對現實本質的看法,因此受到科幻小說迷的頂禮膜拜。

  艾弗雷特的研究源自量子力學一個尷尬的核心問題。雖然量子力學能夠解釋基本粒子的大多數相互作用,但卻會得出與實驗不符的奇怪結果,這就是量子力學的測量問題。

  根據埃爾溫・薛丁格的波函數,在量子世界裡,次原子粒子可以處於「疊加態」,即處於任何可能的位置,擁有任何可能的速度和自旋。但是,這些可能狀態一經觀察就會消失。測量一個量子體系似乎就是將其歸為一種狀態或另一狀態,迫使其做出選擇。如同我們拋硬幣的結果不是正面朝上就是反面朝上,而非兩種狀態同時存在。

敷衍了事的哥本哈根詮釋

  1920年代,尼爾斯・波耳和維爾納・海森堡試圖用哥本哈根詮釋規避測量問題。該詮釋指出,觀察量子系統會導致波函數「塌縮」為一個結果。雖然哥本哈根詮釋目前仍是廣為接受的一種詮釋,但因為它並沒有解釋波函數塌縮的機制,所以很多理論學家對這種詮釋並不滿意。這個問題也讓薛丁格十分煩惱。對他而言,不管用什麼數學公式描述世界,這個公式都必須有一個客觀現實。正如愛爾蘭物理學家約翰・貝爾所言:「根據薛丁格公式,波函數要麼無法解釋一切,要麼就是錯的。」

多世界詮釋

  艾弗雷特的目的是要解釋量子疊加態。他認為,波函數是一種客觀現實,他並不考慮(沒有觀察到的)波函數塌縮。為什麼每次測量時,自然都要選擇某種現實呢?他繼而提出一個問題:量子體系的不同選擇結果如何呢?

  多世界詮釋指出,所有可能性實際上都發生了。現實分裂成新的世界,但是因為我們處於其中一個世界,而這個世界只發生了一種結果。其他可能出現的結果我們是看不到的,因為各個世界都是獨立的,不會相互干擾。我們以為,每次測量時都會失去某些資訊,這是錯誤的。

  雖然艾弗雷特的理論並沒有被所有人接受,但它確實移除了解釋量子力學的一個理論阻礙。

  多世界詮釋雖然沒有提到平行宇宙,但可以根據邏輯推導出平行宇宙的存在。有人批評該詮釋無法驗證,不過情況可能有所改變。量子去相干,即量子物體會「洩露」疊加態資訊的現象,可能對多世界理論做出證明。

科學家簡介

  休・艾弗雷特生於華盛頓特區,12歲時,曾寫信給愛因斯坦問他是什麼讓宇宙結合在一起。他在普林斯頓大學學習時,一開始學的是數學,後來轉為物理。多世界詮釋是他1957年博士論文的主題,他用這一理論解答了量子力學的核心謎題,卻因提出多個宇宙而遭到恥笑。1959年,他前往哥本哈根大學,與尼爾斯・波耳討論這個問題,結果簡直是一場災難:波耳否定了艾弗雷特的所有想法。艾弗雷特由此受挫,從物理學轉向美國國防工業。不過,如今多世界詮釋已被視為量子理論的主流詮釋,但這對艾弗雷特而言已為時過晚。他僅51歲便離開人世。

主要作品
1956年 《無機率波動力學》
1956年 《普適波函數理論》

背景介紹

科學分支:物理學和宇宙學

此前
1600年 義大利哲學家喬爾丹諾・布魯諾因堅持宇宙無限論而被燒死。
1924—1927年 尼爾斯・波耳和維爾納・海森堡提出波函數塌縮,試圖解決波粒二象性導致的測量問題。

此後
1980年代 科學家試圖用量子去相干證實多世界詮釋。
21世紀初 瑞典宇宙學家馬克斯・泰格馬克描述了宇宙的無限性。
21世紀初 在量子電腦理論中,運算能力源自多個平行宇宙的疊加。
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