作为一个有科学信仰的人，我主观上是很希望平行宇宙真的存在的。很多人以为“平行宇宙”是科幻，但其实，它也是一个严肃的科学命题，只不过科学的探讨方式，跟科幻有很大的差异，它不是一个幻想的投射，而是需要有严格的推理和数学计算的。
在物理学中，有几个理论都涉及到平行宇宙的可能：量子力学、暴涨宇宙学、弦论。我今天就从量子力学的角度，带你感受一下平行宇宙是怎么一步步被推导出来的。
首先啊，微观世界有几个非常反直觉的特征，第一个，就是叠加态。
在我们的直觉里，世界是明确的。一枚硬币要么正面朝上，要么反面朝上；一只猫要么活着，要么死了。世界看起来是“非此即彼”的。
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但在微观世界里，这条规则是失效的。一束光，可以既是粒子，又是波。一个电子，可以既在左边，同时也在右边；这种“既这样、同时又那样”的状态，叫作叠加态。
科学家为了描述这种“多种可能性同时存在”的奇怪状态，引入了一个数学工具，叫作波函数。
波函数是一个用来描述“所有可能性”的函数。它不会告诉你此刻电子在哪里，而是告诉你电子在每个地方出现的概率有多大。
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你可以把它想象成一张“热力图”：越亮的地方，电子越有可能出现；越暗的地方，电子几乎不会出现。而且波函数本身还会随着时间的变化而变化。
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那这种“叠加态”能不能在实验中观察到呢？有一个非常著名的实验，叫作双缝干涉实验。
科学家让电子穿过两条细缝，观察它在后方屏幕上形成的图案。如果电子像小球一样，那它要不穿过左边那条缝，要么穿过右边那条缝，在屏幕上应该只会出现两条亮带，对吧？
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但实验结果是屏幕上出现了一条条明暗相间的干涉条纹，就像水波相互叠加后的波纹一样，这说明电子在穿越时，像波一样同时通过了左缝和右缝，它的状态是一种左缝+右缝的叠加
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数学上，它的状态可以写成这样：
∣ψ⟩=α∣左⟩+β∣右⟩
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但奇怪的是，当科学家在缝口处放上探测器，想看电子到底走哪条道时，干涉条纹立刻消失了，屏幕上只剩下两条亮带，此时，电子好像做出了明确的选择，只留下“左”或“右”其中一个结果。
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为什么“看一眼”就能改变现实？在我们的日常经验里，测量只是记录数据，不会影响观测对象。就像你量身高，身高尺也不会影响你什么。
但在量子的世界里，测量本身就是一种相互作用。探测器想要观察电子，那么它得要发射光子去“感应”对方，这些光子一旦碰到电子，电子的状态就会被改变。
反过来呢，电子的状态也会直接影响仪器的显示结果，这就意味着，电子和观测仪器之间都不再独立了，而是变成了一个相互作用的整体。
用数学的方式写出来是这样的：
测量前：(α∣左⟩+β∣右⟩)⊗∣待机⟩
测量后：α∣左⟩∣仪器:左⟩+β∣右⟩∣仪器:右⟩
它表明呢，电子的每一种可能都对应着仪器的某一种状态，如果电子出现在左边，仪器会显示左，电子出现在右边，仪器会显示右。那么，电子和仪器结成了联盟，任何一方感到变化，都会反应到另一方，这就体现了量子世界里的第二个特征纠缠态。
电子不再是独立的，它的左和右不再只是电子单方面的属性，而成为了整个电子+仪器的属性。换句话说，测量并没有消除叠加，它只是把叠加的范围，从一个粒子，扩大到了整个系统。
除了电子和探测器，环境中的一切都会被卷入进来，你以为你在观察电子，其实你也成了它的一部分，包括你的眼睛，你整个人，甚至你所处的房间，都被卷进了这个相互作用的系统，你们变成了一个巨大的叠加体，开始共享同一个波函数。
于是整个系统的数学表达变成了这样：
∣Ψ总⟩=α∣左⟩∣探测器:左⟩∣环境:左⟩+β∣右⟩∣探测器:右⟩∣环境:右⟩
这串符号看起来很复杂，其实意思就是：电子、探测器、环境三者的状态，被“打包”成一个整体系统。
在这个系统中，出现了两个分支：一个分支里，电子走左边，探测器显示左，环境记录下“左”的结果；
另一个分支里，电子走右边，探测器显示右，环境记录下“右”的结果。
原本只是电子的波函数有“左”和“右”的叠加，但随着测量的进行，这种叠加被扩展到整个环境的层面，共同演化成了两个分支。
那为什么我们只看到一个结果呢？
在这个问题上，科学家们就产生了很多分歧，最主流的认知是“坍缩”，意思是当你去测量的时候，电子原本的左和右的叠加态，瞬间坍缩成其中一个状态。在数学上，这意味着波函数从不确定性，瞬间坍缩成一个确定性的答案，另一半存在的可能性被彻底删除了。
于是就会出现一个巨大的逻辑悖论，因为在严格的数学定义上，波函数的演化应该是连续的、平滑的、它要满足信息守恒，不能出现另一半凭空消失的情况。
换句话说，波函数坍缩是没有办法从薛定谔方程推导出来，坍缩只是人们为了解释观测现象，临时加进去的补丁，它会让原本完整的信息被莫名地删除掉一部分，以至于信息在这里变得不再守恒。
所以有一些物理学家，比如艾弗雷特就认为坍缩的解释是人为硬造出来的假设，是很不自然的。于是，他在1957年提出了多重宇宙的假设，这种假设可以让波函数继续按照它的自身规律演化下去，只是会不断地分裂出不同的世界。
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那如果平行宇宙存在，它又是怎么解释我们只能看到一个结果的呢？
答案是：退相干。这也是量子力学中一个非常重要的机制。
在量子世界，所有波都有自己的“节奏”，这个波动的节奏叫相位。只要两个波函数的相位稳定，这些波之间就能互相干涉。就像双缝干涉实验里，当两个波的波峰对着波峰，波谷对着波谷的地方，亮度就会被叠加得变强，当相位相反的时候，也就是波峰对着波谷的地方，亮度会被抵消或者变得更弱。明暗相间的干涉条纹就是这么来的。[图片]
这些条纹就说明电子在“走左边”的可能性，和“走右边”的可能性之间，保持着某种关联，也就是说，这个叠加态的两个分支，并不是彼此独立存在的，而是保持着相干性。
但在宏观世界，情况就完全不同了。一个粒子会不停地和周围环境相互作用：被空气分子撞击、被光子照射、和无数原子交换能量。每一次这样的相互作用，都会轻微地扰乱它的相位，让原本整齐的节奏被一点点打乱。
当相位完全被打乱时，干涉就会消失了。 不同的叠加态之间，变得完全独立，互不通信。这就是退相干。
你可以把退相干想象成这样一个场景：
你在一个空旷的大厅里打鼓，每一次鼓声都会在墙壁上回响，这个回想跟自己的鼓声产生了节奏上的共鸣——这就是相干。[图片]
可如果大厅里突然人声鼎沸、有很多噪音，你的鼓声虽然仍然存在，但回声被无数杂音打散，你再也听不到自己的节奏，这就是退相干。
退相干并不意味着波函数“消失”了，它依然在演化，只是失去了与其他分支“干涉”的能力。从那一刻起，每一种可能性都像被隔绝了，各自延续自己的时间线，互不通信。
从宏观角度看，仿佛波函数坍缩了；但从宇宙整体来看，波函数只是平滑地分裂成了无数互不相干的宇宙分支。我们恰好身处其中一个分支，所以我们看到的世界，是“唯一”的，而其他所有可能的世界，都在各自的相位里继续存在。这就是平行宇宙。
相比起坍缩的理论，平行宇宙的合理性在于，波函数始终是平滑演化的，它没有被神秘的坍缩给终止，退相干的机制也确实会让分支彼此独立。它让宇宙的演化保持完美的连续性，让信息不被删除，也让“所有可能性”都延续下去。
当然，我们几乎不可能证明平行宇宙的存在，但这不妨碍它成为一个极其严肃的科学推理。科学的意义，不在于你是否相信，而在于刨根问底。它不需要让你相信平行宇宙是真的，而是邀请你一起来思考：我们所看到的现实，真的就是全部吗？科学还存在哪些尚未解决的漏洞呢？
从我个人的主观角度，我也希望平行宇宙是真的，那这样我们在现实中错失掉的选择，可能会在另一个宇宙中实现，这种假设，本身也是充满乐趣的。
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