多重宇宙怎麼來的?從薛丁格之貓到量子去相干,量子世界其實在說什麼?
量子世界的基本說法
在量子力學裡,一個量子系統在被測量前並不是某個確定狀態,而是把所有可能性都疊加在一起,這就是「疊加態」。像原子裡的電子,並沒有一個確定的位置,而是以波的形式分布在空間上;當你去測量它時,才會以一定機率出現在某個位置。這種用機率描述所有可能性的方式,是量子力學的核心,但也引發了「測量問題」:為什麼測量後我們只看到某一個結果,而不是同時看到所有可能性?
薛丁格的貓:把問題放在日常尺度
薛丁格把這個抽象問題放到一個日常例子──一隻貓和一個不穩定的原子核連動。原子核若衰變,會打破毒藥瓶,貓就死;若不衰變,貓就活。依量子敘述,原子核在被測前是衰變和未衰變的疊加,因此整個系統似乎讓貓處於既生又死的疊加態。薛丁格用這個思想實驗指出:把量子不確定性推到宏觀會產生荒謬的結果,似乎說明量子理論不完備。
多世界詮釋:分枝的宇宙樹
1957年,艾弗雷特提出另一種看法:宇宙由一個整體的波函數描述,演化時從不坍縮。當測量發生,整個宇宙波函數會分岔出不同的分支——在一個分支裡貓活著,另一個分支裡貓死了。這些分支像樹枝般並行存在、互不通訊,形成「多世界詮釋」。優點是跟量子數學沒有衝突,也能解釋為何我們在某個分支看到確定結果;缺點是目前無法實驗驗證,屬於一種哲學性很強的詮釋。
量子去相干:把量子特性磨掉的過程
另一個更靠實驗的概念是「量子去相干」。在雙狹縫實驗中,如果電子保持相干,兩條路徑會相互干涉,結果出現干涉條紋;但只要我們試圖測量電子從哪一個狹縫出來,就等於跟它產生交互作用,干涉消失。去相干指的就是量子系統跟外界互動後,原本不同可能狀態之間的相干性逐漸消失,最後看起來像是「選定了一個結果」。
用生活化比喻理解去相干
想像一個人在深山獨居,他的人生發展選項不多,主要由他自己決定;但如果他出海當海盜,遇到各種人事物,未來的走向就不再只是他一人能決定,會被環境大量影響。量子系統若完全孤立,就能保持奇特的量子行為;一旦跟外界互動,原本的量子特性就會被「環境」攪和,逐步喪失,這就是去相干。
為何月亮不會只在你看時出現?
愛因斯坦問過:「是不是只有當你在看它的時候,月亮才在那兒?」去相干告訴我們,宏觀物體(像月亮、貓)已經和環境密切互動,無法保有原子級的疊加態。月亮不是因為有人看才存在;事實上,貓本身也會和周遭發生去相干,所以不會同時處於生與死。
去相干與量子科技的挑戰
量子去相干不是只有哲學作用,它直接影響實務。量子電腦的量子位元需要長時間保持相干態,才能進行並行運算;一旦被外界干擾,位元就出錯。隨著位元數增多,要同時保護所有位元不受環境影響,技術難度大增。這也是目前量子科技發展的主要挑戰之一。
多世界與去相干:兩者如何相關?
多世界詮釋其實常借助去相干的機制來說明為何宇宙波函數會看似分枝:去相干讓不同分支之間喪失相干性,於是分支互不干擾,像是獨立的世界。但即便有去相干,物理學仍無法從機率中指出為何我們在測量後只經歷到某一個特定結果——測量問題在某種程度上仍未完全解除。
結論:不要把意識神化,也別忘了科學的界限
總結來說,去相干為我們解釋為何宏觀物體不會表現出量子怪異現象提供了實驗性基礎;多世界詮釋則提供了一種哲學性的解讀,但暫時難以驗證。任何宣稱把意識和量子力學連結,能靠想法改變物質或實現願望的說法,目前都缺乏科學證據。量子世界既神奇又謹慎:它的數學告訴我們許多事,但最後還是要靠實驗和技術去檢驗與應用。
