量子
量子力学新发现可能推翻多重宇宙的理论
量子力学新发现可能推翻多世界理论，证明守恒定律在量子世界中依然有效，挑战了平行宇宙的存在。
量子力学中的多重宇宙解释认为，平行现实的存在有助于保持宇宙的平衡。然而，随着一个百年未解的悖论被破解，这一概念是否会被颠覆？
时不时，我们或许该停下来，感谢那些在平行现实中存在的略微不同的“你”。正是这些平行自我维持着这些宇宙的平衡。如果你认同量子力学中的多世界诠释(MWI)，那么这一观点便成立。65年前首次提出的这一理论认为，现实不断分裂为平行路径，这是量子粒子之间微妙相互作用的结果。尽管这一观点令人费解，但它也平滑了一些物理学中的难题，因此，许多理性物理学家认为这一理论是成立的。
然而，现在这一奇异的观点可能面临重大挑战，源自英国布里斯托大学的物理学家Sandu Popescu和Daniel Collins。他们最初试图解开一个已有100年历史的量子悖论，结果却间接推翻了平行宇宙的理论。“我们基本上破除了支持它的一个论点。”Collins如是说。
这一进展听起来似乎令人不安，但实际上可能为量子理论注入新生。Popescu和Collins的研究不仅帮助解决了其他长期存在的量子悖论，而且在一些理论学者眼中，它指向了一个全新的思维方式，即将宇宙视为一个从内部建构起来的单一量子现实。瑞士日内瓦大学量子理论基础研究员Nicolas Gisin表示：“这是深刻且新的发现，我认为它将变得非常重要。”
守恒定律的挑战
这一系列意想不到的结果源于一个早在量子理论诞生之前就已深入物理学基础的基本原理——守恒定律。最著名的应用是能量守恒，它简单地说，某些事物，包括能量，是永远守恒的。这意味着它们不能被摧毁，只能转化为不同的形式：比如，你踩下汽车刹车，动能并没有消失，而是转化为刹车盘、刹车片、车轮和轮胎中的热能和声音能量。
理论上，守恒定律不仅适用于汽车等大物体，也适用于所有由量子规则支配的小物体，包括原子和光子、夸克等亚原子粒子。量子理论也应遵循这些定律。然而，问题一直存在。
为了剖析这个问题，我们假设设计一个实验，发射一个电子向10个盒子中的任意一个。量子理论可以给出电子落在每个盒子的概率。根据电子的轨迹和盒子的相对位置，这个概率在不同盒子中可能不同。
我们发射电子，看看它落在哪里，然后重复99次。它每次落入哪个盒子的次数与理论预测一致——量子理论胜利了。
但如果我们只做一次实验，结果就无法预测，因为量子理论只能描述平均结果，无法描述单一事件。那么，这到底意味着什么呢？
按照传统的观点——由量子理论的奠基人尼尔斯·玻尔提出——系统在测量之前处于所有可能状态的“叠加”状态，所以在我们的假设实验中，电子实际上在所有10个盒子中都存在。这是一个巨大的问题，尤其是当你把这个观点推理到极限时，就像厄尔温·薛定谔在著名的猫实验中所做的那样：在一个密封的盒子里，通过一系列量子规则，猫在盒子打开前既是活的又是死的，直到有人打开盒子，进行“测量”，这时死的或活的状态才会确定。
这一点已经够奇怪了，但如果我们调整我们的情境，问题就变得更深了。假设我们测量的是电子的动量，而不是位置。与位置不同，动量遵循守恒定律，这意味着它不能凭空出现。但在测量之前，动量的叠加状态将与最终测量值完全不同。这就好像动量出现(或消失)了，这违背了动量守恒定律。“由于我们无法知道它在开始时的状态，动量似乎发生了跳跃，”Collins说。“这一点似乎无法避免。”
换句话说，量子理论嘲笑了守恒定律——物理学家已经为此困扰了一个世纪。某些人通过认为量子世界与经典物理世界不同，进而认为量子理论不必遵循标准的守恒定律，从而规避了这一悖论。Collins认为：“由于量子力学如此反直觉和似乎充满悖论，很多人可能太容易接受任何怪异的行为。”
多世界解释的挑战
然而，仍有学者坚持认为，守恒定律是至关重要的，这正是多世界解释(MWI)能够派上用场的地方。MWI不仅解释了那只生死不明的猫——一只版本存在于另一个宇宙中——它还似乎解决了守恒定律的问题。如果你考虑所有的宇宙，那么在所有宇宙中，动量并没有被创造或摧毁。
Collins和Popescu并不像一些物理学家那样对守恒定律的似乎违反感到轻松。去年四月，他们发布了一项思想实验，旨在深入探讨这个问题，结果他们证明，动量在单次量子测量中实际上是守恒的，而且原因出乎意料。“我们把它推得更深了，”Popescu说。
他们从一个简单的粒子绕圈运动的情况开始，然后假设测量它的角动量——另一个守恒量。这个角动量有明确的结果，但粒子之前处于叠加状态，因此显然发生了变化。那么，角动量的变化是从哪里来的呢？
本文译自 New Scientist，由 BALI 编辑发布。