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科學人雜誌, 七月

科學人雜誌, 七月


出版社 / 遠流出版事業股份有限公司

商品語言 / 中文/繁體

裝訂 / 平裝

定價 / NT$280

售價 / 9折, NT$ 252

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科學人雜誌, 七月 其它優惠/消息


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內容簡介

封面故事/多重宇宙很量子
許多宇宙學家現在已經接受多重宇宙這個不尋常的概念,我們的宇宙似乎只是這個更大結構的一小部份。這幅圖像有眾多宇宙,所有我們視為大自然根基的物理定律在不同宇宙裡有不同面貌,例如,各宇宙可能有不同型態與性質的基本粒子。

多重宇宙這個概念,源自科學家假設早期宇宙經歷急遽膨脹的理論。在這段「暴脹」時期,某些區域的急速膨脹比其他區域早結束,形成所謂的泡泡宇宙,就像在滾燙的沸水中產生泡泡一樣,我們的宇宙只是無限多顆泡泡之一。
我們的宇宙僅是更大結構的一小部份,這個概念其實沒聽起來的稀奇古怪。科學家已多次認識到,世界遠比我們看見的大上許多。不過由於泡泡宇宙的數量基本上無限制,多重宇宙的想法確實浮現出一個重要問題:它似乎抹殺了該理論的預測能力,而這是任何有用的科學理論的核心訴求。這可從暴脹理論的創始者之一、美國麻省理工學院(MIT)的古斯(Alan Guth)的話看出,他曾說:「在永恆暴脹的宇宙中,任何可能發生的事一定會發生;事實上,它將發生無限多次。」

在單一宇宙裡,事件發生次數是有限的,科學家可以比較一件事與另一件的發生次數,計算出該事件發生的相對機率。但在多重宇宙,每件事可重複發生無限多次,比較發生次數來計算相對機率的方法,顯然行不通,因為每件事發生的機率都相同。你可以隨心所欲預測任何事,而且必定在某個宇宙中實現,但這不能解釋我們的世界會如何演變。
長久以來,該理論欠缺預測能力這件事明顯困擾物理學家。諷刺的是,包括我在內的一些研究人員現在理解到,描述微小粒子行為的量子理論雖然與多重宇宙的想法形成鮮明對比,卻可能為我們點明解決之道。永恆暴脹多重宇宙的宇宙學圖像,或許在數學上等價於量子力學中用來解釋粒子似乎同時位於多處的「多重世界」詮釋。正如下文所述,這兩種理論之間的關聯,不僅解決預測能力問題,也可能揭開時間與空間的驚人真相。

測量蹦出多重世界

當我重新審視量子力學的多重世界詮釋後,便興起把這兩種理論互相對應的想法。多重世界詮釋是為了解釋量子力學的某些怪異現象。在非直覺的量子世界中,因果的運作機制與巨觀世界迥然不同,任何物理過程的結果總以機率表達。
根據我們在巨觀世界中的經驗,當一顆球拋出後,我們可以憑著它的起點、速度和其他資訊來判斷落點。但如果那顆球是量子粒子,我們只能說它有機會掉落在此處,也有機會掉落在其他地方。即使我們探知更多關於球或氣流的詳盡資訊,也無法避開這種機率特性,因為那是量子力學的本質。在完全相同的條件下拋出同一顆球,它有時會落在A點,有時則落在B點。這項結論看似弔詭,卻是經過大量實驗驗證的量子力學定律,並且真實描述了大自然如何在次原子粒子與作用力的尺度運作。

量子世界中,在把球拋出、但尚未檢視落點前,它處於A結果與B結果的疊加態,這表示落點既不在A點也不在B點,而是位於A、B兩點(與其他眾多地點)的機率迷霧中。不過,一旦我們觀看並且發現球落在某個確切地點(假設是A點),任何人來檢視這顆球,都會認定落在A點。換句話說,任何量子系統在被測量之前,結果是不確定的,但所有後續測量的結果都與首次相同。
根據傳統上對量子力學的理解,也就是哥本哈根詮釋,科學家認為首次測量把系統從疊加態轉變為A狀態,因此造成狀態的塌縮。雖然哥本哈根詮釋確實預測了實驗結果,卻引發許多嚴重的難題:「測量」的真實意義是什麼?為何測量可把系統從機率疊加態變成單一確定結果?當一條狗、甚至一隻蒼蠅觀察系統時,是否也造成狀態改變?當氣體分子與系統有交互作用(我們知道這會發生,但從不視為測量),是否會影響測量結果?或者,人們有意識地探求系統狀態,是否會引發某些物理效應?

編者的話/多重宇宙很量子

對於未來,有太多可能性。你可能常想:如果當年我沒有選擇A,而是選了B,現在的我會怎樣?這一期的《科學人》雜誌要探討的不是人生哲學,而是宇宙學家苦思許久的「多重宇宙」。
科學家假設,宇宙在創生之際經歷了急遽膨脹,在這段暴脹期間,每個區域膨脹的結束時間不一,讓宇宙形成了無限多的泡泡。也就是說,我們所處的宇宙只是更大結構的一小部份。你所關心的未來,若以機率來看,任何可能發生的事情,就可能在某個泡泡中發生。然而對於身處於單一泡泡中的觀察者(我們)來說,這理論缺乏預測能力。

最近美國理論物理學家野村泰紀(Yasunori Nomura)發現,若引入量子力學的「多重世界詮釋」,將其與多重宇宙視為等價,問題迎刃而解!依據測不準原理,你拋出一顆球,它可能落在A點,也可能落在B點,在你尚未檢查結果時,球處於A點與B點的疊加態。多重世界詮釋的想法更另類,它把觀察者也納入系統,當觀察者看到球落在A點時,宇宙已經分道揚鑣:第二個宇宙中的觀察者,將會看到球落在B點。
別擔心當年你沒有選擇的B。正因為〈多重宇宙很量子〉,B以及C、D、E、F……都在平行宇宙中無限制的發展著呢!快翻開2017年7月號《科學人》雜誌,帶你到另一個宇宙看見自己的另一個未來。








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誠品26碼 /2680098205075
EAN /471902500607707

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