科學人雜誌 7月號/2017 第185期：多重宇宙很...

【多重宇宙很量子】

許多宇宙學家現在已經接受多重宇宙這個不尋常的概念，我們的宇宙似乎只是這個更大結構的一小部份。這幅圖像有眾多宇宙，所有我們視為大自然根基的物理定律在不同宇宙裡有不同面貌，例如，各宇宙可能有不同型態與性質的基本粒子。

多重宇宙這個概念，源自科學家假設早期宇宙經歷急遽膨脹的理論。在這段「暴脹」時期，某些區域的急速膨脹比其他區域早結束，形成所謂的泡泡宇宙，就像在滾燙的沸水中產生泡泡一樣，我們的宇宙只是無限多顆泡泡之一。

我們的宇宙僅是更大結構的一小部份，這個概念其實沒聽起來的稀奇古怪。科學家已多次認識到，世界遠比我們看見的大上許多。不過由於泡泡宇宙的數量基本上無限制，多重宇宙的想法確實浮現出一個重要問題：它似乎抹殺了該理論的預測能力，而這是任何有用的科學理論的核心訴求。這可從暴脹理論的創始者之一、美國麻省理工學院（MIT）的古斯（Alan Guth）的話看出，他曾說：「在永恆暴脹的宇宙中，任何可能發生的事一定會發生；事實上，它將發生無限多次。」

在單一宇宙裡，事件發生次數是有限的，科學家可以比較一件事與另一件的發生次數，計算出該事件發生的相對機率。但在多重宇宙，每件事可重複發生無限多次，比較發生次數來計算相對機率的方法，顯然行不通，因為每件事發生的機率都相同。你可以隨心所欲預測任何事，而且必定在某個宇宙中實現，但這不能解釋我們的世界會如何演變。

長久以來，該理論欠缺預測能力這件事明顯困擾物理學家。諷刺的是，包括我在內的一些研究人員現在理解到，描述微小粒子行為的量子理論雖然與多重宇宙的想法形成鮮明對比，卻可能為我們點明解決之道。永恆暴脹多重宇宙的宇宙學圖像，或許在數學上等價於量子力學中用來解釋粒子似乎同時位於多處的「多重世界」詮釋。正如下文所述，這兩種理論之間的關聯，不僅解決預測能力問題，也可能揭開時間與空間的驚人真相。

測量蹦出多重世界
當我重新審視量子力學的多重世界詮釋後，便興起把這兩種理論互相對應的想法。多重世界詮釋是為了解釋量子力學的某些怪異現象。在非直覺的量子世界中，因果的運作機制與巨觀世界迥然不同，任何物理過程的結果總以機率表達。

根據我們在巨觀世界中的經驗，當一顆球拋出後，我們可以憑著它的起點、速度和其他資訊來判斷落點。但如果那顆球是量子粒子，我們只能說它有機會掉落在此處，也有機會掉落在其他地方。即使我們探知更多關於球或氣流的詳盡資訊，也無法避開這種機率特性，因為那是量子力學的本質。在完全相同的條件下拋出同一顆球，它有時會落在A點，有時則落在B點。這項結論看似弔詭，卻是經過大量實驗驗證的量子力學定律，並且真實描述了大自然如何在次原子粒子與作用力的尺度運作。

量子世界中，在把球拋出、但尚未檢視落點前，它處於A結果與B結果的疊加態，這表示落點既不在A點也不在B點，而是位於A、B兩點（與其他眾多地點）的機率迷霧中。不過，一旦我們觀看並且發現球落在某個確切地點（假設是A點），任何人來檢視這顆球，都會認定落在A點。換句話說，任何量子系統在被測量之前，結果是不確定的，但所有後續測量的結果都與首次相同。

根據傳統上對量子力學的理解，也就是哥本哈根詮釋，科學家認為首次測量把系統從疊加態轉變為A狀態，因此造成狀態的塌縮。雖然哥本哈根詮釋確實預測了實驗結果，卻引發許多嚴重的難題：「測量」的真實意義是什麼？為何測量可把系統從機率疊加態變成單一確定結果？當一條狗、甚至一隻蒼蠅觀察系統時，是否也造成狀態改變？當氣體分子與系統有交互作用（我們知道這會發生，但從不視為測量），是否會影響測量結果？或者，人們有意識地探求系統狀態，是否會引發某些物理效應？

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