平行宇宙
天文学术语
平行宇宙理论一般指本词条
本词条是多义词，共16个义项
多元宇宙是一个理论上的无限个或有限个可能的宇宙的集合，包括了一切存在和可能存在的事物：所有的空间、时间、物质、能量以及描述它们的物理定律和物理常数。多元宇宙所包含的各个宇宙被称为平行宇宙（paralleluniverses）。也称平行世界（parallelworlds）、平行时空（parallelspacetimes）、平行次元（paralleldimensions）和代替宇宙（alternativeuniverses）。
通常所说的平行宇宙，一般是指在我们的宇宙之外还可能存在的与我们所认知的宇宙类似的其他宇宙（即分类上的第一层平行宇宙）。
中文名
平行宇宙
外文名
paralleluniverses
别名
平行世界，平行次元，代替宇宙
提出者
休·埃弗雷特
提出时间
20世纪50年代
提出背景
平行宇宙的概念，并不是因为时间旅行悖论提出来的，它是来自量子力学，因为量子力学有一个不确定性，就是量子的不确定性。平行宇宙概念的提出，得益于现代量子力学的科学发现。
在20世纪50年代，有的物理学家在观察量子的时候，发现每次观察的量子状态都不相同。而由于宇宙空间的所有物质都是由量子组成，所以这些科学家推测既然每个量子都有不同的状态，那么宇宙也有可能并不只是一个，而是由多个类似的宇宙组成。
哥本哈根解释
从20世纪20年代起，许多物理学家都为量子力学中，微观粒子的状态用波函数（wavefunction）来描述。当微观粒子处于某一状态时，它的力学量（如坐标、动量、角动量、能量等）一般不具有确定的数值，而具有一系列可能值，每个可能值以一定的概率出现（宏观物体处于某一状态时，它的力学量具有确定的数值）。也就是说，微观粒子的运动具有不确定性和概率性。波函数就能描述微观粒子在空间分布的概率。
物理学中著名的“单电子双缝干涉”实验正是微观粒子运动不确定性和随机性的体现。在这个实验中，单电子通过双缝后竟然发生了干扰。在经典力学看来，电子在同一时刻只能通过一条缝，它不可能同时通过两条缝并发生干涉；而根据量子力学，电子的运动状态是以波函数形式存在，电子有可能在同一时刻既通过这条狭缝，又通过那条狭缝，并发生干涉。但是，当科学家试图通过仪器测定电子究竟通过了哪条缝时，永远只会在其中的一处发现电子。两个仪器也不会同时侦测到电子，电子每次只能通过一条狭缝。这看起来好像是测量者的观测行为改变了电子的运动状态，这种反常的现象又作何解释呢，物理学家尼尔斯·玻尔提出了著名的“哥本哈根解释”：当人们未观测时，电子在两条缝位置都有存在的概率；但是，一旦被测量了，比如说测得该电子在左缝位置，电子有了准确的位置，它在该点的概率为1，其他点的概率为0。也就是说，该电子的波函数在被测量的瞬间“塌缩”到了该点。
玻尔把观察者及其意识引入了量子力学，使其与微观粒子的运动状态发生关系。但观察者和“塌缩”的解释并不十分清晰和令人信服，也受到了很多科学家的质疑。例如，塌缩是如何发生的，是在一瞬间就发生，还是要等到光子进入人们的眼睛并在视网膜上激起电脉冲信号后才开始。
多世界解释
那么，有没有办法绕过这所谓的“塌缩”和“观测者”，从本应研究客观规律的物理学中剔除观察者的主观成分呢。
埃弗雷特提出了一个大胆的想法：如果波函数没有“塌缩”，则它必定保持线性增加。也就是说，上述实验中电子即使再观测后仍然处在左/右狭缝的叠加状态。埃弗雷特由此进一步提出：人们的世界也是叠加的，当电子穿过双缝后，处于叠加态的不仅仅是电子，还包括整个的世界。也就是说，当电子经过双缝后，出现了两个叠加在一起的世界，在其中的一个世界里电子穿过了左边的狭缝，而在另一个世界里，电子则通过了右边的狭缝。这样，波函数就无需“塌缩”，去随机选择左还是右，因为它表现为两个世界的叠加：生活在一个世界中的人们发现在他们那里电子通过了左边的狭缝，而在另一个世界中，人们观察到的电子则在右边。以“薛定谔的猫”来说，埃弗雷特指出两只猫都是真实的。有一只活猫，有一只死猫，但它们位于不同的世界中。问题并不在于盒子中的发射性原子是否衰变，而在于它既衰变又不衰变。当观测者向盒子里看时，波函数本身会坍塌，整个世界分裂成它自己的两个版本。这两个版本在其余的各个方面是完全相同的。唯一的区别在于其中一个版本中，原子衰变了，猫死了；而在另一个版本中，原子没有衰变，猫还活着。前述所说的“原子衰变了，猫死了；原子没有衰变，猫还活着”这两个世界将完全相互独立平行地演变下去，就像两个平行的世界一样。量子过程造成了“两个世界”，这就是埃弗雷特前卫的“多世界解释”。穿书吧
这个解释的优点是：薛定谔方程始终成立，波函数从不塌缩，由此它简化了基本理论。它的问题是：设想过于离奇，付出的代价是这些平行的世界全都是同样真实的。这就难怪有人说：“在科学史上，多世界解释无疑是目前所提出的最大胆、最野心勃勃的理论。”
发展历程
思想雏形
公元前5世纪，德谟克利特就提出“无数世界”的概念，认为“无数世界”是原子通过自身运动形成的。他说：“原子在虚空中任意移动着，而由于它们那种急剧、凌乱的运动，就彼此碰撞了，并且，在彼此碰在一起时，因为有各种各样的形状，就彼此勾结起来，这样就形成了世界及其中的事物，或毋宁说形成了无数世界。”
公元前4世纪，伊壁鸠鲁表述了世界多元性的思想：“存在着无限多个世界，它们有的像我们的世界，有的不像我们的世界。”“在一切世界里，都有我们这个世界里所见到的动物、植物以及其他事物。”
公元前1世纪，卢克莱修指出，在我们这个“可见的世界”之外还存在着“其他的世界”，居住着“其他的人类和野兽的种族。”
莱布尼茨提出了他的“可能世界”的概念，设想在必然世界（可观测的宇宙）范围之外还存在着无穷多个“可能世界”。他认为世界由无限的单子组合而成，单子之间没有因果关系，而是某种坚定的和谐关系，单子虽然各自独立，但它们之间有品级高低的差异。莱布尼兹把某个现实事件的出现，例如，具体的人，阐释为许多单子组合的结果，各种不同的组合的结果与单子中更胜一筹的单子的主导作用有关。这意味着世界可以用不同的样子，任何事件都是偶发的，甚至整个宇宙也是如此
正式提出
物理学家休·艾弗雷特三世提出了自己对量子测量问题的想法。他指出，在量子力学中，存在多个平行的世界，在每个世界中，每次量子力学测量的结果各自不同，因此不同的历史发生在不同的平行宇宙中。多世界解释认为，对测量装置的观察，会使得测量装置被分解为两个。并且在这个测量链上，这种分解会不断地进行下去。伴随着这种分解，一定有一个完全的宇宙的复制。也就是说，只要有一个量子测量发生，那么，每个宇宙分支，以及这个分支中的分量就会导致一个可能的测量结果。每个处在特殊宇宙分支中的人都会认为，他的测量结果和所处的宇宙是唯一存在的。也就是说，一次测量产生了一次新的宇宙。这些各自不同的新宇宙，除非完全相同，否则绝无重合的可能。这一理论的发表，标志着平行宇宙概念的正式提出。
类型层次
美国麻省理工学院的宇宙学家马克斯·泰马克（maxtegmark）热衷于研究平行宇宙，他说道：“对于我来说最有意思的问题不是平行宇宙是否存在，而是到底有多少种平行宇宙。”在2003年的《科学美国人》杂志里，有一篇由他所写的关于平行宇宙的专文，文中他将平行宇宙分成四类。根据泰马克的分类，越处于上位的宇宙，越容易扩张，越容易涵盖处于下位层次的宇宙
第一层：世界之外
即其他哈勃体积，具有不同的初始条件
如果空间是无限的，而且物质分布在大尺寸上是足够均匀的，那么即使最不可能发生的事情也必然发生在某处。特别地，应该存在无限多有人的行星，而且包括不是一个而是无限多和你一样的外表、姓名、记忆的人。无限多和我们可观测宇宙大小一样的区域确实存在，在那里任何可能的宇宙历史都会实际存在。这就是第一层平行宇宙。
第一层平行宇宙的存在证据
也许这些推断看上去都很疯狂，而且违反直觉，但这个空间无限大的宇宙学模型确实是市场上最简单也是最流行的。它是宇宙学和谐模型的一部分，与所有观测证据一致，而且被用作天文学会议大部分计算和模拟的基础。相反、分形宇宙、封闭宇宙、多连通宇宙倒是受到了很多观测的挑战。
但是第一层平行宇宙的观点，曾经也是有过争议的（事实上，梵蒂冈教廷就曾把上述观点看作异端邪说，并以其为理由之一，于1600年在火刑柱上烧死了布鲁诺），所以让我们来回顾一下这两种假设（无限空间和“足够均匀”的分布）的地位。
空间有多大。从观测来看，我们宇宙大小的下限已经戏剧性地增长了很多，并且没有停下来的迹象（图1.2）。我们都接受这样的事实，即我们暂时看不见，但经过移动或等待后可以看见的事物是存在的，例如地平线之下的船只。宇宙视界之外的物体也一样，随着更远的光花更多的时间到达我们这里，可观测宇宙的半径每年都扩大一光年。既然我们都在学校学过简单的欧几里得空间，所以很难想象空间不是无限的——谁能想象某处插着几块牌子，上书“空间到此结束，当心下面的沟”。但爱因斯坦的引力理论允许空间是有限的，只要是以不同欧几里得空间的方式相连，例如四维球或一个甜甜圈的拓扑结构，从而使朝一个方向的旅行最终可以把你带到相反方向。宇宙微波背景辐射可以用来细致检验这样的有限模型，但至今还没有给出任何支持——平坦的无限模型非常符合观测数据，而空间弯曲和多连通拓扑结构的模型都有很强的限制。而且，空间无限宇宙是暴胀宇宙理论的直接预言。下面所列出的暴胀理论的巨大成功进一步支持了空间就是像我们在学校里学的一样简单而无限。
大尺度的物质分布有多均匀呢。在一个“岛宇宙”模型里，时间是无限的，但物质都集中在在一个有限区域，于是第一层平行宇宙几乎所有的成员都死气沉沉的，只有空空的空间。在历史上这样的模型曾经流行过，一开始认为这个岛就是地球和裸眼可见的天体，在20世纪早期认为银河星系的已知部分。另一个非均匀的选择就是分形宇宙，其中物质分布是自相似的，宇宙星系分布的所有结构都只是一个更大的自相似结构的一小部分。岛宇宙和分形宇宙的模型都被最近的观测推翻了。三维的星系分布图显示，观测到的特殊大尺度结构（星系群，星系团，超星系团）让位给大尺度上的单调均匀，自相似结构都不超过10^24米。更量化一下，设想在不同的随机位置上放置一个半径为r的球，测量里面每次包含多少质量，并计算每次测量值的变化，用标准偏差△m来表示。已知测量的相对波动△，在r～3×10^23米的尺度以下，偏差在1的量级，而在更大的尺度上，偏差变小。斯隆数字巡天计划（sloandigitalskysurvey）显示，在r～3×10^25米的尺度上△就只有1%了，而且宇宙微波背景辐射的测量也确认，均匀化的趋势一直延续到我们的可观测宇宙边缘（r～3×10^27米），这时△～10-5。不考虑认为宇宙的设计整个就是愚弄我们的怀疑论论调，观测结果明确表明：我们熟悉的空间必然延伸到可观测宇宙之外，那里也同样充满星系、恒星和行星。
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