【虚数可能是平行宇宙存在的关键】
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正如标题所示 ， 平行宇宙的存在与“虚数”的数学概念密切相关 。 虚数由字母i 表示 ， 它被定义-1的平方根 。 实际上 ， 虚数的引入使许多复杂的数学计算变得更简单 ， 使我们能够更快地得出结果 。 因此 ， 虚数已成为数学领域的重要工具 。
这是一个强大而方便的工具 ， 物理学研究中的许多领域都使用虚数来执行计算 。 然而 ， 与数学不同 ， 物理学是一门研究现实世界的学科 。 因此 ， 这些虚数仅用作计算工具 ， 通常被理解为本身不具有任何物理意义 。 然而 ， 在发现量子力学之后 ， 发生了一些奇怪而令人难以置信的事情 。
在量子力学研究的微观尺度上存在的光子、电子和其他微小粒子与我们常规世界中存在的宏观事物不同 ， 这些量子事物同时以几种不同的状态存在 。 为了表示维持这种状态的粒子的行为 ， 著名的“薛定谔猫”思想实验的埃尔文·薛定谔提出了薛定谔方程 。 该方程能够预测粒子的行为状态 ， 是量子力学领域最基本的方程 。
奇怪的是 ， 这个表达现实世界中存在的粒子状态的方程包含一个虚数 ， 这个虚数是在推导出方程时自然而然地出现了 。 这对数学来说很好 ， 但对物理学来说却是个问题 。 由于这个虚数 ， 表示粒子状态的波函数变成了复数 。 复数是由一半存在于现实世界中的数字 ， 另一半不存在于现实世界中的虚数组成 。
质量、速度、温度和其他用于表达物体的现实或状态的物理量都是实数 。 但是 ， 用于表示量子态的波函数不是实数 ， 而是复数 ， 当时的物理学家不明白为什么 。 甚至提出这个方程的薛定谔也想从方程中消除虚数i ， 因为这个方程是为了描绘现实世界 。 他花了整整一年的时间来推导出一个没有虚数的方程 ， 虽然使用新方程可以得到相同的结果 ， 但它要复杂得多 。 薛定谔最终回到了他的原始方程 ， 那个包含虚数的方程 。
但是 ， 我们还有一些主要问题 。 在量子力学中 ， 现实世界中不存在的虚数仅仅是数学工具吗？我们真的需要用虚数来代表量子力学的世界吗？自发现量子力学以来的大约100年里 ， 这些问题都没有明确的答案 。 但今年初的一些研究终于提供了明确的答案 。
2022年1月 ， 我国两篇论文发表在名为《物理评论快报》的学术期刊上 。 两个研究团队分别使用理论推导和实验的方法得出了相同的结论 。 根据他们高精度实验的结果 ， 研究团队得出结论 ， 虚数对于量子力学至关重要 ， 并且是完全代表量子力学世界所必需的 。
这意味着在量子力学中研究的微观世界、构成我们现实世界的基本粒子与虚数具有某种基本关系 。 但是 ， 我在开头提到虚数的概念是我们创造的 。 为什么虚数的概念是构成我们现实世界的最基本元素的重要组成部分？一个可能的答案是存在与虚数有关的平行宇宙 。
我们生活的世界是由实数组成的 ， 相比之下 ， 还有其他仅由虚数组成的世界 。 存在于这个虚数世界中的就是我们所说的平行宇宙 。 由实数组成的物理世界和由虚数组成的平行宇宙是重叠存在的 。 描述量子力学中粒子行为的波函数是一个复数这一事实 ， 以及量子力学中出现的许多其他奇怪现象 ， 可以用这个“虚数世界”的存在来解释 。
例如 ， 量子力学中有一种奇怪的现象 ， 称为“量子纠缠” 。 量子纠缠是一个粒子通过某种方式分裂成两个 。 然后无论这两个粒子彼此相距多远 ， 它们都保留了是同一事物的信息 ， 因此它们始终共享相同的状态 。 尽管这种现象背后的机制仍不清楚 ， 但由虚数组成的平行宇宙的存在可以帮助解释为什么会发生量子纠缠 。在虚数的世界中 ， 没有距离的概念 ， 因此这些碎片中的每一个都将作为分裂前的单个粒子继续存在 。 因此 ， 即使碎片在实数世界中相隔100甚至10000光年 ， 它们也能够通过虚数世界瞬间分享它们的状态 。
不过 ， 这毕竟只是一种猜想 ， 我们还没有可靠的证据 。
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