【正見新聞網2019年06月17日】
近年來，多重宇宙成了物理研究的熱門話題。電影大片也常常以這為題材，讓主人公穿越不同空間，令人神往。
如果說多重宇宙是好萊塢製片人的創意，這我完全理解；可是物理學家是最相信實證、思維最為嚴謹的一批人，多重宇宙出自於他們的筆下，讓我不由得詢問，到底是什麼，讓他們走上了這條「最不情願的路」。的確，愛因斯坦在批駁波爾量子力學時就曾經說過，「上帝是不會玩骰子的。」
回顧牛頓物理的美好時光，一切物體都有確定的軌跡，一切軌跡，又都有完美的公式解釋。可是好景不長，微觀世界的運動，比如光的波粒二相性，讓物理學家們陷入了漫長的「噩夢」。
這一切，都開始於著名的「雙縫實驗」。在這個實驗中，一束單色光被一個屏障遮擋，屏障上面開了兩條平行的狹縫，使得光束能夠通過它們，投射到對面的螢幕上。
可以想像，如果屏障上只有一條狹縫，那麼螢幕上應該對應的出現一片亮光。事實的確如此。
可是如果屏障上有兩條狹縫，是不是就應該相應出現兩片亮光呢？不是。螢幕上出現了許多明暗交錯的斑馬條紋。這是因為光是一種波，通過兩條狹縫的光波互相干涉，就像水面上的波紋在互相交錯時，在有些地方波浪互相加強；有些地方，波浪就互相抵消。螢幕上明暗交錯的條紋，就是光波互相加強和削弱的結果。這一現象也不足為奇，因為科學家們早就知道光是一種波，而干涉，正是波的典型特徵。
雙縫實驗示意圖。(NekoJaNekoJa/Wikipedia Commons)
單縫（上）和雙縫（下）實驗成像對比。(Jordgette/Wikimedia Commons)
可是1909年英國科學家泰勒（Geoffrey Taylor）把光子發射的速度減慢，讓光子一個一個發出，同時只可能有一個光子穿過屏障，打在對面的感光底片上。隨著光子一個一個打在底片上，底片上逐漸積累了一片撞擊的亮點。令人吃驚的是，這團亮點，依然呈現出了干涉條紋。
泰勒的雙縫實驗示意圖：底片上逐漸積累了一片撞擊的亮點。(Jean-Christophe BENOIST/Wikipedia Commons)
由於同時只有一個光子發出，這個光子應該或者通過左側狹縫，或者通過右側狹縫，或者哪個也沒通過。只有一個光子，誰跟誰干涉了呢？唯一可能的解釋是，同一個光子，既通過了左側狹縫，又通過了右側狹縫，然後自相干涉。也就是說，同一個光子可以同時在不同地點出現！這完全違反了傳統物理中物體位置的確定性。
在這之後，物理學家們多次重複了這個實驗，顯示出不同的微觀粒子——電子、中子等等，都有同樣的表現。他們還進行了這個實驗的多種升級版，以排除實驗錯誤，或者是測量過程中引入的干擾。然而不論如何努力，干涉條紋都依然存在。
為了解釋這個現象，丹麥物理學家玻爾（Niels Bohr）在上世紀20年代提出，微觀粒子可以同時在多個地點存在，因此同一個光子能夠同時通過兩個狹縫，自相干涉形成條紋。而光子的地點分布，是以波的形式出現。
因此光波是一種機率的波。在兩個波峰重疊的地方，兩個機率互相加強，使得光子更有可能在這個地點出現；而在波峰和波谷相交的地方，機率就互相抵消，使得光子出現的可能性減少。
1922年獲得諾貝爾獎的丹麥物理學家尼爾斯‧玻爾（Niels Bohr）。
可是在日常生活中，物體的地點都是確定的。為了彌合這一區別，玻爾認為，任何觀察的行為都會使微觀粒子的不確定性得以確定化，從而使粒子有了確定的地點。由於這一解釋是幾名哥本哈根的物理學家提出的（包括玻爾），這一解釋被稱作「哥本哈根詮釋」。
這一理論準確地解釋了雙縫實驗的結果。不但如此，這一理論在眾多微觀世界的觀察中都得到了準確的驗證，而且屢試不爽。
然而愛因斯坦卻難以接受這一理論。他駁斥道，「上帝是不會玩骰子的。」玻爾也毫不客氣，反駁道，「別再告訴上帝該干什麼了。」
為了推翻玻爾的量子力學，1935年愛因斯坦和另外兩名科學家合作發表了一篇論文。在論文中，愛因斯坦證明，假如玻爾量子力學是正確的，就可以推論出存在量子糾纏現象。也就是說，當兩個微觀粒子充分接近時，兩者之間可以產生一種聯繫。比如說，一個粒子上旋，那麼另一個粒子就一定是下旋。如果觀察者不去觀察其中任何粒子，兩個粒子的「上下」以及「下上」這兩種組合是同時存在的。可是，如果觀察者偷看了其中一個粒子，知道它是上旋，那麼不論距離多遠，另一個粒子的狀態也立即被確定，並且一定是下旋。
由於觀察之前兩種可能同時存在，而觀察後卻只有一個可能了，因此觀察前後存在著客觀的變化。然而，不論兩個粒子間的距離有多遠，從觀察一個粒子的狀態，到固定另一個粒子的狀態，這一過程的時間是零。換句話說，這一因果效應的傳遞速度是無限大。
愛因斯坦認為，在宇宙中，任何事件都只能對附近的局部地區產生影響，而因果效應向遠方傳遞，其速度不可能超過光速。出於這一原則，愛因斯坦認為量子糾纏現象是不可能的，並把它稱作為「遠距離的幽靈行為」（Spooky action at a distance）。愛因斯坦把這一觀點作為量子力學的反證，認為量子力學至少是「不完整的」。
在看到這篇論文後，玻爾立即跳起，向秘書口述一篇答覆。可是在口述過程中，玻爾再三更改自己的言詞，最終也無法找到滿意的答覆。
直到1972年，兩人間的爭論才有了分曉。1964年，英國物理學家約翰⋅貝爾（John Bell）提出了一個不等式，如果愛因斯坦正確，這個不等式就會滿足；而如果玻爾正確，這個不等式就會被打破。1972年弗裡德曼（Stuart Freedman）和克勞瑟（John Clauser）在這一基礎上進行了實驗，發現糾纏光子的統計數據違反了貝爾不等式，證明了玻爾的正確。
英國物理學家約翰⋅貝爾（John Bell）1982年在歐洲核子研究組織。(CERN/Wikimedia Commons)
可是，這一結論並不等於物理學家們的頭痛有所減輕。
早在1935年，物理學家薛丁格（Erwin Schrödinger）就曾提出一個假想的實驗，在這個實驗中，有一個黑盒子，裡面有一個原子、一個開關、一瓶毒藥和一隻貓，它就是大名鼎鼎的「薛丁格之貓」。實驗中，如果原子發生衰變，就會啟動開關，打破瓶子，造成貓的死亡。
薛丁格之貓。(Dhatfield/Wikipedia Commons)
由於原子是微觀粒子，依照量子力學，應該遵從狀態的不確定性。因此在觀察之前，原子衰變和未衰變的狀態同時存在，這隻貓也就同時既是活的，又是死的。可是只要有人打開黑盒子，看一眼這隻貓，根據哥本哈根詮釋，這隻貓的死活就被確定下來了。由於貓是宏觀物體，而貓能夠同時既是死的，又是活的，這一狀態，違反了宏觀物體確定性的常規認識，因而被稱為薛丁格悖論。
為了彌合這一悖論，1957年，普林斯頓大學的博士生艾弗雷特（Hugh Everett）在博士論文中提出放棄哥本哈根詮釋，認為微觀粒子和宏觀物體遵循同一規律，都存在不確定性。而宏觀物體的不確定性，在於多個並行空間的存在：除了我們這個世界，還有許多不同的世界，有些裡面有我們這樣的人類社會，有些也許沒有。如果今天中午您去了家中餐館，也許在另外一個空間裡，你卻去了韓國餐館，多種可能同時存在。
其實，雙縫實驗的一個升級版，也似乎符合這一設想。在這個實驗中，發射的粒子不是光子、電子這樣的小粒子，而是由60個碳原子組成的球狀大分子（buckyball）。實驗中也顯示出干涉條紋，表明這些分子的位置有不確定性。
其實，早在玻爾提出機率波的時刻，似乎已經埋下了多重世界的伏筆。因為根據機率論，機率是定義在「樣本空間」上的。而樣本空間中的每一個可能性，都是一個不同的現實。如果投擲一枚硬幣，看到正面朝上，那麼在這次投擲中，反面朝上的可能性就沒有出現，它只存在於另一個現實中。談到機率，就不能不談樣本空間，而樣本空間，本身就是不同版本的現實。
隨著時間的推移，量子力學不但沒有變得通俗易懂，反而更加神乎其神：不但並行空間成為可能，甚至對時間的認識也和傳統大相逕庭。現在物理學家們認為，過去、現在和未來都同時存在，而且時間還可能逆轉。似乎在物理學研究中，「物質」的成分越來越少，而我們的世界，卻越來越像個巨大的信息系統。
其實佛家早就認識到了並行空間的存在。根據佛家的認識，當一個人降生的時候，許多不同的空間中，都有一個他同時降生。佛家還認為，人的一生就像電影一樣，過去、現在和未來同時存在。隨著科學的發展，科學和信仰，已經走得越來越近。
美國哥倫比亞大學物理學教授布萊恩·格林（Brian Greene）2014年在演講中。(Luiz Munhoz/Fronteiras do Pensamento/Flickr, CC)
正像美國哥倫比亞大學物理學教授布萊恩·格林（Brian Greene）在他的科普紀錄片《宇宙的構造》（The Fabric of the Cosmos，又譯：超乎想像的宇宙）中所說：
「就拿我來說吧。我看起來很真實對吧？也許是，不過令人吃驚的新線索正在展現出來，顯示出你和我，甚至整個空間，都是一種全息影像。」（「Take me for example. I seem real enough, don』t I? Well yes, but surprising new clues are emerging, that everything, you and I and even space itself, may actually be a kind of hologram.」）
（大紀元）