为何量子世界坍缩成现实

发布时间：2023-06-06 10:38:33 所属栏目：动态来源：

导读：在量子力学中，有一个重要的概念叫做量子叠加。如果用通俗的话来讲，量子对象犹如一个“万花筒”，有许多可能的不同状态与图径。当我们观测或测量它时，根据量子力学的原理，会坍缩到一个我们所观察到的状

在量子力学中，有一个重要的概念叫做量子叠加。如果用通俗的话来讲，量子对象犹如一个“万花筒”，有许多可能的不同状态与图径。当我们观测或测量它时，根据量子力学的原理，会坍缩到一个我们所观察到的状态，成为确定的“万花筒”的状态与图景，这个类似的过程被简单地称为一连串的量子系统坍缩或非线性波函数系统的坍缩。

为什么量子世界坍缩成我们所观察到的现实？科学家们提出了许多不同的解释，譬如下面的几种具有代表性的解释：

波函数解释：根据波函数解释，量子系统在观测之前并没有确定的状态，而是处于一个包含多个可能状态的叠加态。观测或测量导致了波函数坍缩，使得系统选择了其中一个确定的状态。
多世界解释：根据多世界解释，当观测或测量发生时，并不是整个量子系统坍缩到一个确定的状态，而是宇宙分裂成多个平行的宇宙，每个宇宙中都存在一个不同的结果。换句话说，我们所观察到的结果只是我们所在的宇宙中的一部分，而其他宇宙中的结果也同时存在。
量子测量与相互作用：观测或测量过程本身涉及到与量子系统的相互作用，这可能导致系统与观测仪器之间的耦合，从而引起波函数的坍缩。
这些诠释都未能完全得到科学界的认可，科学家们一直在寻求这个谜团的答案。量子世界的这一本质一直是一个活跃的研究领域，科学家们在探索和认知这个问题的过程中随着物理学的进步不断取得新的进展。

发表在最近的一篇论文中，一个由费米研究所、芝加哥大学和普林斯顿大学的科学家组成的研究团队，提出了一个奇特而新颖的诠释。这一诠释的论证囊括了可以说当今物理学的先进成果，涉及到几乎所有关于天体物理学的谜团，它涉及到黑洞，涉及到宇宙的膨胀，当然也涉及到当代量子物理学。

量子非相干性是指在量子系统中，由于干涉效应和量子相互作用的影响，原本存在的相位关系逐渐丧失，导致量子态变得不再相干。简单地说,一旦某个观察或互动发生,量子天体便会丢失量子特性,原本的亲和力便会荡然无存。

那么，根据量子物理和它背后几乎所有的数学知识，这个特定的量子对象仍然会坍缩，因为在这种情况下，这个量子对象与观察者纠缠在一起。它产生所谓的退相干。尽管这个观察者现在可能在数千光年之外，但这并不意味着在这种情况下光的传播速度比光还快。

如果那个观察者完全地是在别的地方呢？如果这个观察者越过了事件视界，在黑洞里面呢？那么，根据量子物理学，仍然有纠缠。但是，即使来自这个量子对象的光会进入黑洞并穿过事件视界，根据爱因斯坦的观点，黑洞中的信息，尤其是所有这些纠缠信息，绝对不可能真正逃脱，这对该学院研究这篇论文的高水平科学家来说，实际上造成了一些令人难以置信的悖论。

要么量子物理学是错误的，这是不可能的；要么需要用广义相对论来解决一些问题。为了解释这个特殊的原理，在该研究论文之前的另一篇论文中，该研究团队的科学家们通过假设黑洞的事件视界本身，或假设那个没有光可以逃脱的不归点实际上开始充当一个观察者本身，设法从数学上解决这个问题。

换句话说，在黑洞的事件视界这里的这个观察者可能是导致相干性的观察者，并导致坍缩。这一切都没有物理学的证明，也没有任何观察证据，但就物理和数学观点而言，这有点说得通。但是，问题是这样的。如果黑洞的事件视界作为一种观察者，导致它周围的事物坍塌，这表明宇宙周围的黑洞有点像一些巨大的观察者团，可能导致宇宙创造我们现在所知道的现实。

或者说，来自黑洞地区的事件视界负责创造物理物体和塌陷的量子效应。这是一个耐人寻味的命题，但实际上是有点进了一步。最近的研究认知到这些类型的事件视界，其中没有任何东西可以真正逃脱，而且跨越事件视界的东西有点开始违反某些量子原理，可能也存在于宇宙的其他地方。也就是，宇宙的边缘。

因为在这种情况下，宇宙几乎像一个球体，我们包围其中，即这样一个假设的想法，被称为“可观测宇宙的边缘”。在物理学上，我们实际上永远无法到达它。但从假设的角度来看，这个宇宙球体距离我们地球周围的半径约为450亿光年，代表了可观测的宇宙。

但就在边缘，由于宇宙的膨胀，膨胀速度超过了光速。或者换句话说，就在宇宙边缘这里，这是另一个事件视界，有点像反黑洞，即黑洞的反面。这通常被称为林德勒视界（Rindler horizon），更具体地来说，是威廉-基林（Wilhelm Killing）提出的基林视界（Killing horizon）的概念。

在物理学中，基林视界是广义相对论及其推广中使用的一种几何结构，用于在不参考动态爱因斯坦场方程的情况下描绘时空边界。在霍金证明弯曲时空的量子场论预测坍缩形成的黑洞会发出热辐射后，基林视界时空几何与热辐射之间存在意想不到的联系变得清晰起来。特别是，热辐射和时空之间存在一种普遍的关系。

该研究论文的想法是，我们周围的这些事件视界会产生非常类似的量子态退相干。或者说，在我们周围的宇宙边缘导致宇宙中的所有这些一切量子对象变成可观察事物。

或者更确切地说，宇宙的边缘作为一种观察者来观察它里面的一切，特别是在宇宙的中心。如下图所示的宇宙及其边缘，这有点像一个眼球，像一个观察者，观察着其中的一切，并导致量子对象承担形状，承担属性，创造物体或创造我们所知的现实。

这听起来好像有点形而上学，可能错误地引致如宗教的想法。有点像俗话所说，老天有眼，人在做天在看，这是否意味着这基本上就是上帝？根据科学家们的说法，这其实是正好完全相反。这并不意味着宇宙是有意识的，也不意味着它代表某种神性的存在。

相反，它提供了一种精确、客观的方式。这导致量子状态依靠爱因斯坦和来自量子物理学的原则来创造物理对象，更重要的是，可能提供一个与两者的联系，有一天可以解释我们周围的一切。

这一观点仍然是非常理论性的，非常假设性的。基于我们目前对黑洞的认知，我们所知道的这些物体可能处于相当不同的状态，特别是因为我们知道无限不存在。但目前黑洞背后的数学涉及到黑洞内的无限性。这被称为"奇点"。

这种诠释有些令人心动，但这种对整个宇宙和我们周围一切的耐人寻味的解释，有待于进一步地认知黑洞、认知事件视界、认知宇宙、......，这些都不是科学家们能很快回答的问题。

（编辑：汽车网）

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